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Articulo de referencia

Célula Pfeffer

Aparato de celda de Pfeffer de Osmotische Untersuchungen (p. 5), que ilustra el manómetro ( m ), la celda de arcilla ( z ), las piezas de vidrio de conexión ( v , t ) y el anill...

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Aparato de celda de Pfeffer de Osmotische Untersuchungen (p. 5), que ilustra el manómetro ( m ), la celda de arcilla ( z ), las piezas de vidrio de conexión ( v , t ) y el anillo de vidrio ( r ).

La celda de Pfeffer (en alemán: Pfeffersche Zelle ) es un osmómetro de membrana desarrollado por el botánico alemán Wilhelm Pfeffer para medir la presión osmótica de soluciones acuosas. Pfeffer describió el diseño en su publicación de 1877, Osmotische Untersuchungen . [ 1 ] El dispositivo ya no se utiliza en la práctica, habiendo sido reemplazado por osmómetros de diferentes diseños.

Construcción y operación

El aparato consta de un recipiente de arcilla sin esmaltar integrado con un precipitado químico. El diseño presenta elementos estructurales específicos, entre los que se incluyen un recipiente de arcilla , que es un contenedor cerámico poroso que proporciona estabilización mecánica contra altas presiones físicas; una membrana de precipitación que consiste en una película coloidal depositada dentro de los poros de la cerámica que funciona como una membrana semipermeable, permitiendo la difusión del agua a la vez que bloquea solutos como azúcares o sales ; y un tubo de medición formado por un tubo de vidrio que se extiende a través de un tapón de sellado para registrar la altura de la columna de fluido, o conectado directamente a un manómetro.

Pfeffer sintetizó la membrana semipermeable interna mediante un proceso de deposición química en varias etapas, donde el recipiente de arcilla se llena o se sumerge en una solución acuosa de sulfato de cobre(II) , y posteriormente se trata con una solución de hexacianoferrato(II) de potasio , también conocido como prusiato amarillo de potasio. La interacción química en la capa límite forma un precipitado estable de hexacianoferrato(II) de cobre(II) dentro de las paredes porosas. Pfeffer también experimentó con membranas químicas alternativas, como azul de Prusia , fosfato de calcio , fosfato de hierro y óxido-hidróxido de hierro(III) .

Para operar el dispositivo, el técnico llenó la celda preparada con la solución de muestra, selló la abertura con un tapón que contenía el tubo de vidrio y sumergió el conjunto en un recipiente más grande lleno de agua pura . Las moléculas de disolvente se difunden por ósmosis en la celda, aumentando el volumen interno y provocando que el nivel del líquido suba dentro del tubo vertical. Este proceso continúa hasta que la presión hidrostática generada, que es la presión ejercida por la columna de fluido en equilibrio debido a la gravedad, iguala la presión osmótica de la solución inicial. Pfeffer monitorizó directamente estas diferencias de presión mediante un manómetro de aire cerrado de dos patas conectado a la celda de arcilla.

Significado

Medición de la presión osmótica

Gráfico de datos a partir de las mediciones originales de Pfeffer de soluciones de sacarosa , que sirvieron como base empírica para las leyes termodinámicas de van 't Hoff.

La celda de Pfeffer proporcionó el primer método para la medición cuantitativa precisa de la presión osmótica. Experimentadores anteriores, como Moritz Traube , utilizaron membranas de precipitación sin soporte unidas a tubos de vidrio, que carecían de refuerzo mecánico y colapsaban bajo gradientes de baja presión.

Los datos experimentales generados por el aparato influyeron en desarrollos teóricos posteriores. El químico neerlandés Jacobus Henricus van 't Hoff utilizó la precisa serie de mediciones de Pfeffer en 1887 para establecer su teoría termodinámica, trazando una analogía directa entre la presión de los gases y la presión osmótica de las soluciones diluidas. [ 2 ] El químico estadounidense Harmon Northrop Morse perfeccionó la metodología de preparación desarrollando un proceso de deposición electrolítica para aplicar las membranas de manera uniforme, validando y extendiendo las leyes de van 't Hoff a presiones más altas. [ 3 ]

Este aparato ya no se utiliza en la osmometría de laboratorio moderna porque la síntesis química de la membrana requiere un mantenimiento preciso, y los electrolitos que la forman deben permanecer presentes en las soluciones de prueba para mantener su integridad estructural.

Modelo osmótico de la célula vegetal

Pfeffer diseñó el aparato para imitar las propiedades biofísicas de una célula vegetal viva, donde la membrana plasmática semipermeable está sostenida físicamente por una pared celular externa rígida. En este análogo mecánico, la membrana de precipitación representa la membrana plasmática celular o límite del protoplasto, y el recipiente de arcilla porosa representa la pared celular rígida que actúa como un mecanismo de contrapresión mecánica.

Pfeffer realizó experimentos cuantitativos para evaluar el flujo de agua y las relaciones de presión, con el fin de analizar las altas fuerzas hidrostáticas, o presión de turgencia, observadas en los tejidos vegetales vivos. El aparato sigue siendo una herramienta didáctica clásica en fisiología vegetal para demostrar la mecánica del potencial hídrico. [ 4 ]

Referencias

Fuentes

  • Morse, Harmon Northrop (1914). La presión osmótica de las soluciones acuosas: informe sobre las investigaciones realizadas en el laboratorio químico de la Universidad Johns Hopkins durante los años 1899-1913 . Washington: Carnegie Institution of Washington.
  • Pfeffer, Wilhelm (1921). Osmotische Untersuchungen: Studien zur Zellmechanik (2ª  ed.). Leipzig: Wilhelm Engelmann.
  • Sitte, P.; Weiler, EW; Kadereit, JW; Bresinsky, A. (2002). Estrasburgo - Lehrbuch der Botanik (35ª  ed.). Heidelberg: Spektrum Gustav Fischer. ISBN 3-8274-1010-X.
  • van't Hoff, JH (1887). "El papel de la presión osmótica en la analogía entre solución y gases". Zeitschrift für Physikalische Chemie . 1 : 481–508 .