Осмос и осмотическое давление

Закон Вант-Гоффа*

 

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Молекулы растворителя диффундируют из растворителя в раствор или из менее концентрированного раствора в более концентрированный, поэтому концентрированный раствор разбавляется, при этом увеличивается и высота его столба (рис. 4).

Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку. Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа:

 

π V = nRT;

π = nRT/V;

π = СRT,

где π – осмотическое давление;

С – молярная концентрация раствора;

R – универсальная газовая постоянная;

T – абсолютная температура.

 

 

Рис. 4. Схема осмометра: 1 – вода; 2 – раствор; 3 – полупроницаемая мембрана

 

Осмотическое давление измеряется либо в килопаскалях (кПа), тогда R =8, 31Дж/(моль∙ К); либо в атмосферах, тогда R = 0, 082 .

Осмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другие структуры. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называют изотоническими. Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно называется гипертоническим, если ниже – гипотоническим.

Гипертонические растворы сахара (сироп) и соли (рассол) широко применяются для консервирования продуктов, так как вызывают удаление воды из микроорганизмов.

 

2.4. Отклонение свойств разбавленных растворов солей, кислот и оснований от законов Рауля и
Вант-Гоффа

 

Изучение разбавленных растворов неэлектролитов показало, что коллигативные свойства – понижение давления пара ∆ р, изменение температур замерзания ∆ t_зам и кипения ∆ t_кип, осмотическое давление π изменяются пропорционально количеству растворенного неэлектролита. Экспериментально обнаружено, что для растворов электролитов осмотическое давление (π), ∆ t_кип, ∆ t_зам превышают значения, рассчитанные по законам Рауля и Вант-Гоффа.

Шведский ученый С. Аррениус пришел к выводу, что причиной отклонения растворов электролитов от идеальных растворов является распад молекул электролита на ионы. Процесс распада молекул электролита на ионы назвали диссоциацией.

Для применения законов идеальных растворов к растворам электролитов Вант-Гофф ввёл в соответствующее уравнение поправочный коэффициент i, называемый изотоническим, который показывает, во сколько раз возрастает число частиц в растворе в результате диссоциации:

i = .

Изотонический коэффициент i для каждого раствора может быть определен экспериментально:

i = = = = ,

где индекс э обозначает экспериментально определенные величины; индекс т − теоретические.

Следовательно, для растворов электролитов формулы, выведенные ранее, принимают вид:

∆ t_зам = i К_КС_m

∆ t_кип = i К_ЭС_m

π = i С_в RT

Для растворов электролитов значение изотонического коэффициента i> 1; для неэлектролитов i=1.