La pressione osmotica è una forza volumetrica che resiste al naturale processo di osmosi. Si fa più spesso riferimento nella biologia umana, dove una cellula vivente contiene una soluzione concentrata di acqua e alcuni altri elementi che separa dalle soluzioni esterne da una membrana semipermeabile. Il processo naturale dell’osmosi tende a pareggiare le concentrazioni dei materiali soluti in una soluzione facendo passare la soluzione attraverso tali membrane, e la pressione osmotica è la quantità di pressione che una cellula vivente esercita per resistere a questa forza. Tale pressione protegge i componenti interni della cellula dalla diluizione e dalle soluzioni dannose che potrebbero attraversare la membrana e interrompere la normale attività cellulare o la mitosi.
Come molte forze naturali, l’osmosi è una forza che spinge le soluzioni verso uno stato di equilibrio. Quando una soluzione circondata da una membrana sottile contiene una concentrazione maggiore di una sostanza chimica, come sale o zucchero, rispetto alla stessa soluzione all’esterno della membrana, le forze di equilibrio guidano l’intera soluzione verso uno stato di concentrazione uniforme di sostanze chimiche. Questo processo naturale è particolarmente importante per quanto riguarda l’acqua nelle forme di vita sulla Terra, che ha un livello di energia potenziale che la induce a diluire soluzioni concentrate attraverso varie forze come l’osmosi e la gravità. Questa condizione è indicata come potenziale idrico e la capacità dell’acqua di esercitare questa forza aumenta con il volume e la profondità dell’acqua, che è una forma di pressione idrostatica osmotica.
Mentre il potenziale idrico è una forza equalizzante per diverse soluzioni, l’opposto di questa forza è noto come potenziale osmotico, che è il valore dell’energia potenziale che la pressione osmotica deve resistere a uno stato di equilibrio. I calcoli per determinare il valore effettivo della pressione osmotica furono elaborati per la prima volta da Jacobus Hoff, un chimico olandese vincitore del premio Nobel tra la fine del XIX e l’inizio del XX secolo. Le sue idee furono in seguito affinate da Harmon Morse, un chimico statunitense dello stesso periodo.
Poiché il processo di pressione osmotica può essere considerato anche per gas separati da una membrana semipermeabile, obbedisce alle stesse regole fisiche della legge dei gas ideali. L’equazione della pressione osmotica può quindi essere enunciata come P = nRT/V, dove “P” è la pressione osmotica e “n” è la quantità di soluto o il numero di moli di molecole presenti nel volume – “V” – di soluzione. Il valore di “T” rappresenta la temperatura media della soluzione e “R” è il valore della costante del gas di 8.314 joule per grado Kelvin.
Sebbene la pressione osmotica sia importante nella biologia cellulare per gli animali in termini di protezione della cellula dall’intrusione di soluti chimici indesiderati o della stessa soluzione esterna, nelle piante serve uno scopo più fondamentale. Contrastando la forza del potenziale idrico, le cellule vegetali utilizzano la pressione osmotica per conferire un certo grado di turgore o rigidità alle pareti cellulari delle piante. Combinando questa forza tra più cellule vegetali, dà alla pianta la capacità di produrre steli che stanno in piedi e possono resistere ai danni delle forze climatiche come vento e pioggia. Questo è il motivo per cui le piante tendono ad appassire e ad appassire quando mancano di acqua, poiché le pareti cellulari hanno una pressione idrostatica osmotica insufficiente per resistere alle forze di gravità e alle condizioni atmosferiche.