ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 19
Скачиваний: 0
Проникновение растворителя в раствор и разбавление раствора можно предотвратить, если к нему приложить давление. Давление, которое необходимо приложить к раствору для предотвращения осмоса, т.е. для приведения системы в равновесие, называется осмотическим давлением π.
Осмотическое давление это избыточное гидростатическое давление, приводящее систему в состояние осмотического равновесия, π=ρgh.
Равновесие будет определяться именно влиянием дополнительного давления столба жидкости. Как уже было отмечено, при равновесии химический потенциал чистого растворителя должен быть равен его
химическому потенциалу в растворе:
|
0 |
Т |
|
x |
, P P |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1, р р |
1 |
внеш |
,Т
.
Химический потенциал чистого растворителя в разбавленном растворе
|
1, р р |
x |
, P P |
,Т |
|
1 |
внеш |
|
Как известно
|
1, р |
р |
P |
|
|
|
внеш |
||
|
1 |
|
|
V |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
P |
x |
,T |
||
|
|
1 |
|
|
1
,Т RT ln x1 .
. Проинтегрировав это выражение от Р до Р
+ π, считая, что для разбавленного раствора |
V 1 |
|||||
получим: 1, р р |
x1 , P Pвнеш ,Т |
= |
1 Т + |
π |
V 1 |
+RT |
|
|
|
0 |
|
|
|
выражение к 1 |
Т , получим: |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RT |
ln x |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
V |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
не зависит от давления lnx1. Приравнивая это
Это осмотическое давление, требуемое для полной остановки потока через мембрану.
Для случая предельно разбавленного раствора:
c |
RT |
2 |
|
ln x1
, где
ln(1 x2 )
с |
2 |
n |
2 |
/V |
|
|
|
x2 , x2 |
n2 |
|
n1 |
||
|
||
0,01 моль |
/ л |
,V1n1 Vр ра , и
-закон Вант-Гоффа.
Полученное выражение показывает, что осмотическое давление подчиняется тем же законам, что и давление идеальных газов и впервые была получена Вант-Гоффом, исходя из аналогии идеального разбавленного раствора и газа.
С помощью измерения осмотического давления можно определить молекулярную массу растворенного вещества.
h
α
G
При разных навесках растворенного вещества G (г/л) измеряют высоту столба жидкости, необходимой для остановки осмоса:
gh |
G |
RT |
|
M |
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
или
h |
GRT |
|
gM |
|
|
|
2 |
Отсюда следует, что
tg |
RT |
|
gM |
|
|
|
2 |
|
|
|
, откуда можно найти М2
Осмос имеет большое значение для растительных и животных организмов, способствуя достаточному обводнению клеток и межклеточных структур. Возникающее при этом давление обеспечивает тургор тканей, т.е. их упругость. Наличие воды необходимо для нормального течения различных процессов. У клеток или оболочка, или прилегающая к ней плазмалемма обладают свойствами полупроницаемой мембраны.
Если поместить клетки в дистиллированную воду, происходит их набухание, затем разрыв оболочек – лизис. В растворах с высокой концентрацией солей происходит сморщивание клеток из-за потери воды – плазмолиз.
Осмотическое давление крови, лимфы и тканевых жидкостей человека равно 7,6-7,9 атм. при 370С. Однако разность осмотических давлений крови и лимфы, имеющая значение для перехода воды между ними, составляет всего 0,03-0,04 атм. Физиологические растворы должны быть изотоничными крови. Таким, например, является 0,15 М (0,9%) раствор NaCl.
Используют также гипертонические (с повышенным осмотическим давлением) и гипотонические (с пониженным осмотическим давлением)растворы.
Осмотическое давление является главной силой, обеспечивающей движение воды в растениях и ее подъем от корней до вершины. Клетки листьев, теряя воду, осмотически всасывают ее из клеток стебля, а последние из клеток корня, берущих воду из почвы. В тканях растений осмотическое давление составляет 5-20 атм., а у растений в пустынях доходят до 170 атм.
В промышленности и медицине большую роль играет обратный осмос. Если приложить к раствору избыточное давление, по сравнению с осмотическим, то начинается диффузия растворителя в обратном направлении: из раствора в чистый растворитель. Обратный осмос используется для опреснения морской воды, очистки крови от токсичных веществ при почечной недостаточности, осветлении вин и т.д.
Изотонический коэффициент Вант-Гоффа при диссоциации или ассоциации
Вант-Гофф заметил, что для растворов электролитов осмотическое давление и все остальные рассмотренные коллигативные свойства выше, чем для растворов неэлектролитов. Причиной этого является электролитическая диссоциация. Ионы в растворе действуют как отдельные частицы.
Следовательно, коллигативные свойства зависят от общей концентрации частиц (молекул и ионов) в растворе. В выражения коллигативных свойств Вант-Гофф ввел поправку, связанную с диссоциацией или ассоциацией растворённого вещества, называемую изотоническим коэффициентом ВантГоффа. По физическому смыслу изотонический коэффициент показывает, во сколько раз изменяется число частиц растворённого вещества в реальном растворе в результате диссоциации или ассоциации по сравнению со случаем отсутствия диссоциации или ассоциации:
= |
сло |
аст |
раст оре |
о о е ест а раст оре |
|
|
|
|
|
||
сло |
ор л |
е |
раст оре о о е ест а |
||
|
При диссоциации растворённого вещества:
K A |
|
|
K |
z |
|
+ |
|
A |
z |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
n |
1 |
|
|
|
n |
0 |
|
|
|
n |
0 |
||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где nдис / n0 - степень диссоциации, ν = ν+
n |
i |
n |
[1 1 ] |
|
0 |
|
+ ν– - число частиц (ионов), на
которые диссоциирует одна молекула вещества. Тогда изотонический коэффициент будет больше нуля и будет определяться формулой:
= 1 + ( – 1) >1.
При ассоциации растворённого вещества:
Где
|
n |
асс |
|
|
|||
|
|
||
|
n |
0 |
|
|
|
|
|
|
mA |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
|
n |
|
/ m |
n |
|
n |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
|
|
0 |
|
|
i |
|
0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|||
- степень ассоциации, m число частиц в ассоциате тогда:
i |
n |
0 |
1 c |
0 |
m |
1 |
|
|
1 |
1 |
||
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
|
|
n |
0 |
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изотонический коэффициент появляется как поправочный множитель во всех формулах для коллигативных свойств:
1) Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя:
.
2)Повышение температуры кипения:
∆кип. = 2.
3)Понижение температуры отвердевания:
∆отв. = 2
4)Осмотическое давление:
=
Величины коллигативных свойств прямо пропорциональны друг другу. Каждую из них можно использовать для определения кажущейся
молекулярной массы растворенного вещества, т. е. без учета изотонического коэффициента.
Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки. Однако, следует отметить, что наиболее чувствительным методом является метод измерения осмотического давления. Им обычно определяют молекулярную массу высокомолекулярных соединений. Наиболее легко измеряется ∆ отв. Метод ограничен низкими температурами, при которых часто мала растворимость исследуемых веществ. Кроме того может кристаллизоваться не чистый растворитель, а твердый раствор. На результаты эбулиоскопического метода сильно влияют колебания атмосферного давления. Растворенное вещество должно иметь очень малое давление насыщенного пара. Определение понижения давления насыщенного пара можно проводить при любых температурах между температурой замерзания и температурой кипения, но точность измерения невелика