Pressione

Il concetto di pressione si esprime come una grandezza scalare definita come il rapporto tra il modulo della forza (perpendicolare alla superficie) e l’area della superficie stessa. Nel sistema internazionale delle misure la pressione si misura in pascal (Pa).

\[P=\dfrac{F}{S}\]

Pressione atmosferica (o barometrica)

La pressione atmosferica è la pressione esercitata dal peso della colonna d’aria sovrastante il livello (altitudine) di misurazione (sia essa misurata al suolo terrestre o in quota). La misura della pressione atmosferica viene effettuata con uno strumento chiamato barometro.

La pressione atmosferica è variabile sia nello spazio che nel tempo, a seconda dell’altitudine (diminuisce al crescere della quota), della temperatura e dell’umidità. La pressione atmosferica viene detta normale o standard, quella che equivale alla forza peso di una colonna di mercurio alta 760 mm, misurata alla latitudine di 45°, al livello del mare ad una temperatura di 0 °C su di una superficie unitaria di 1 cm2.

Pressione osmotica

Si definisce pressione osmotica \(\pi\), quella proprietà colligativa associata al fenomeno dell’osmosi tra soluzioni; essa rappresenta la pressione esercitata dalla colonna della soluzione con eccesso di solvente tale che il fenomeno dell’osmosi si arresti.

In altre parole il flusso di solvente segue la direzione del gradiente di concentrazione di soluto. Tale flusso può essere contrastato applicando una pressione al compartimento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmotica, otteniamo l’osmosi inversa.

In biologia, l’osmosi interviene in alcuni processi di trasporto passivo (di zuccheri, proteine e sali minerali ed altre sostanze) attraverso membrane biologiche cellulari. Per effetto dell’osmosi una cellula messa in acqua distillata (ambiente ipotonico rispetto alla cellula) tenderà a gonfiarsi d’acqua fino a scoppiare, mentre una cellula posta in una soluzione di saccarosio (molecola che non può attraversare la membrana cellulare) perderà acqua, in quanto in questo caso essa è immersa in un ambiente ipertonico.

Determinazione della pressione osmotica tramite l’equazione di Van’t Hoff

La relazione quantitativa tra pressione osmotica e concentrazione del soluto, se le soluzioni sono diluite a tal punto da raggiungere l’equilibrio osmotico, è analoga a quella dei gas ideali:

\[\pi V=nRT\]

dove \(n\) è il numero di moli del soluto, \(V\) è il volume della soluzione, \(R\) è la costante universale dei gas e \(T\) la temperatura assoluta; da cui, conoscendo la definizione di molarità \(M\), è possibile ricavare:

\[\pi =\dfrac{n}{V}RT=MRT\]

Nel caso di soluzioni di elettroliti, a causa della dissociazione elettrolitica, le proprietà colligative risultano molto più pronunciate di quanto previsto in base alla concentrazione molale del soluto. Per tale ragione è necessario introdurre il coefficiente di Van’t Hoff, \(i\), il cui valore varia a seconda del numero di ioni in cui l’elettrolita è dissociato. Pertanto l’equazione verrà riscritta come segue:

\[\pi =iMRT\]

Si definisce coefficiente di Van’t Hoff \(i\) (o fattore di dissociazione) come il coefficiente correttivo adimensionale introdotto nel calcolo delle proprietà colligative nel caso in cui la soluzione contenga elettroliti. Esso esprime la quantità di particelle o ioni che effettivamente si producono dalla dissoluzione di una mole di soluto (inizialmente allo stato solido) in un solvente.

\[i = 1 + \alpha (\nu − 1)\]

dove \(\alpha\) è il grado di ionizzazione dell’elettrolita e \(\nu\) rappresenta il numero di moli formate dalla dissociazione di ogni mole di sostanza (ovvero il numero di ioni derivati da una singola molecola o unità formula di elettrolita).