4. Дифузія і осмос в розчинах. Закон вант-гоффа

Якщо в стакан із зафарбованим розчином якої-небудь речовини обережно влити розчинник, то на початку між шарами розчину і розчинника буде спостерігатися чітка межа розподілу.

Поступово межа розділу розмивається і через деякий час весь об'єм рідини набуває рівномірного зафарбування. Це відбувається в наслідок дифузії.

Д ифузія - самовільний переніс рідини з області з більшою концентрацією в область з меншою концентрацією, або іншими словами це самовільний процес вирівнювання концентрацій.

В наведеному прикладі розчинена речовина з нижнього шару дифундує в шар чистого розчинника, а молекули розчинника переходять в шар розчину, де концентрація їх менше. Цей процес двосторонньої дифузії закінчиться вирівнюванням концентрації в усьому об'ємі.

Швидкість дифузії вимірюється кількістю речовини, що переноситься за одиницю часу через одиницю площі.

Рис. 6. Процес дифузії через мембрану

Вона пропорційна різниці концентрації в двох шарах рідини і температурі. Чим більша різниця концентрації і чим вища температура, тим швидкість дифузії більша. По мірі вирівнювання концентрації швидкість дифузії зменшується.

Дифузія може йти в тому випадку, якщо між шаром розчину і шаром розчинника помістити напівпроникну перегородку - мембрану. Напівпроникними перегородками для водних розчинів можуть бути природні плівки, стінки кліток, а також плівки, одержані штучним шляхом (целофан, пергамент). Через ці плівки можуть проходити молекули розчинника і не проходять молекули розчиненої речовини. Такі плівки називаються напівпроникними мембранами.

Дифузія відіграє значну роль в життєдіяльності організмів і технологічних процесах. Так, процес переміщення різних поживних речовин і продуктів обміну в живих організмах пов’язаний з дифузією. В технології харчування з дифузією мають справу при вимочуванні риби, заварюванні чаю, кави. Такі процеси, як варка, пасерування, припускання також є практичним застосуванням дифузії.

Явище осмосу. Закон вант - гоффа

Одностороння дифузія розчинника в розчин через напівпроникну мембрану в зону з більшою концентрацією називається осмосом.

Об'єм розчину в результаті осмосу збільшується, при цьому виникає тиск на стінки посудини, в якому знаходиться розчин. Цей тиск називається осмотичним. Осмотичний тиск можна виміряти за допомогою приладу - осмометра. Основною частиною осмометра є посудина 1 з напівпроникного матеріалу 3, який заповнюється розчином 2 і розташовується в ємкості 4 з розчинником. В результаті осмосу об'єм розчину посудині 1 буде збільшуватися і він почне підніматися по вертикальній трубці. Тиск стовпа рідини (гідростатичний тиск) що визначається висотою h, перешкоджає осмосу.

Коли гідростатичний тиск вирівнюється з осмотичним тиском настає рівновага. По висоті підйому рідини в трубці можна розрахувати гідростатичний тиск, що дорівнює в даному випадку осмотичному тиску.

Осмотичний тиск залежить від концентрації розчину і температури. Для розбавлених розчинів неелектролітів ця залежність виражається рівнянням Вант-Гоффа.

= = CRT, бо С = n/v

де: - осмотичний тиск, Па;

n - кількість розчиненої речовини ( моль);

Т- абсолютна температура;

V - об'єм розчину;

R - постійна, прийнята рівною універсальній газовій сталій;

R = 8,314 • 10³ Дж/(моль∙К).

Р ис.7. Схема осмометра:

1 – манометр; 2 – розчин; 3 – напівпроникна перегородка; 4 – розчинник.

Співвідношення рівняння Вант — Гоффа по формі з рівнянням стану ідеального газу Клапейрона - Менделєєва дозволило зробити заключення, що осмотичний тиск розбавленого розчину дорівнює тому тиску, який необхідно прикласти до розчину, щоб привести його в рівновагу з чистим розчинником, що відокремлений від нього напівпроникною перегородкою. Це заключення і є законом Вант - Гоффа. Закон Вант-Гоффа справедливий не для всіх розчинів. Розчини електролітів (солей, кислот, основ) мають більш високий осмотичний тиск, ніж розрахований за рівнянням Вант-Гоффа.

Розчини, що мають однаковий осмотичний тиск називають ізотонічними.

Для таких розчинів Вант-Гофф ввів в це рівняння коефіцієнт і, що називається ізотонічним коефіцієнтом: П _експ = і СRТ

Звідки і =

Ізотонічний коефіцієнт показує в скільки разів експериментальна розрахований осмотичний тиск П експ. більший розрахованого П розрах.