a) La situazione descritta non è una situazione di equilibrio. Data la presenza delle proteine nella soluzione, ci sarà un flusso netto di acqua dalla soluzione verso l'acqua pura attraverso la membrana semipermeabile.
b) Per calcolare la pressione osmotica, possiamo utilizzare l'equazione di Van 't Hoff: π = cRT, dove π rappresenta la pressione osmotica, c è la concentrazione molare della soluzione, R è la costante dei gas ideali e T è la temperatura assoluta. Poiché la soluzione è 5x10^-4 M, possiamo calcolare la pressione osmotica utilizzando il valore appropriato per la costante dei gas ideali (R) e la temperatura (27 °C = 300 K).
Per la soluzione di proteine, la pressione osmotica sarà:
π = (5x10^-4 mol/L) * (0.0821 L * atm / mol * K) * (300 K)
c) La direzione iniziale del flusso di acqua sarà dalla soluzione di proteine verso l'acqua pura. Ciò avviene perché la soluzione di proteine ha una maggiore concentrazione di soluti (proteine) rispetto all'acqua pura. L'acqua si sposterà attraverso la membrana verso la soluzione più concentrata per diluire la concentrazione dei soluti.
d) Il flusso di acqua iniziale può essere calcolato utilizzando l'equazione di filtrazione idraulica di Starling: Jv = Lp * ΔP, dove Jv rappresenta il flusso di acqua, Lp è il coefficiente di filtrazione idraulico e ΔP è la differenza di pressione attraverso la membrana. In questo caso, la differenza di pressione è la differenza tra la pressione idrostatica e la pressione osmotica.
Il flusso di acqua iniziale sarà quindi:
Jv = Lp * (P idrostatica - P osmotica)
e) Diminuendo la temperatura, il flusso di acqua attraverso la membrana diminuirà. Ciò avviene perché la diminuzione della temperatura riduce l'energia cinetica delle molecole d'acqua, rendendo più difficile il loro passaggio attraverso la membrana semipermeabile.
