§ 3Осмотическое давление
При соприкосновении раствора с чистым растворителем на границе между ними наблюдается передвижение молекул растворенного вещества в чистый растворитель. Этот процесс диффузии обусловлен способностью молекул растворенного вещества равномерно распределяться по всему объему раствора. Одновременно идет и проникновение молекул растворителя в раствор. Эти два противоположно направленных процесса приводят в итоге к выравниванию концентраций растворенного вещества и растворителя во всем объеме системы. Такая взаимная диффузия молекул растворенного вещества и растворителя происходит аналогично взаимной диффузии двух газов, которая также приводит к выравниванию концентраций. И в том и в другом случае диффузия является следствием хаотического движения молекул, интенсивность которого может характеризоваться величиной давления, которое оказывают молекулы на препятствие своему движению. В газах это давление на стенки сосуда, заключающего газ. В растворах же такое диффузионное давление можно наблюдать, если на границе между концентрированным раствором и чистым растворителем поместить полупроницаемую перегородку (т.е. пленку, через которую проникают только молекулы растворителя, но не молекулы растворенного вещества). Эта перегородка и будет испытывать давление, направленное от концентрированного раствора к чистому растворителю. Если перегородку сделать подвижной, то она передвигается в том же направлении, пропуская через себя чистый растворитель, который разбавляет раствор. Такая односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку получила название осмоса, а давление, которое оказывается на перегородку, называют осмотическим. Осмотическое давление в растворах, как установил Якоб Гендрик Вант-Гофф, зависит от молярной концентрации раствора (т.е. от числа молекул растворенного вещества в единице объема) и от температуры:
росм = СRT,
где С – молярная концентрация, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура. Так как молярная концентрация равна отношению числа молей растворенного вещества к объему раствора, это равенство может быть видоизменено так:
росм V= nRT,
т.е. осмотическое давление связано с обемом раствора и температурной зависимостью, выражаемой уравнением Менделеева – Клайперона. Отсюда видно, что поведение вещества в растворенном состоянии аналогично поведению его в газовом состоянии. Это дало возможность Вант-Гоффу сформулировать свой закон так: осмотическое давление равно давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, находясь в газообразном состоянии и занимая объем раствора.
Если по другую сторону полупроницаемой перегородки находится не чистый растворитель, а менее концентрированный раствор, то для вычисления осмотического давления по уравнению Вант-Гоффа следует брать не концентрацию, а разность концентраций растворов, находящихся по ту и другую сторону полунепроницаемой перегородки.
Поскольку число молей растворенного вещества равно массе вещества, деленной нВ его молярную массу (m ) деленной на его молярную массу (М) то подставив значения n в формулу, получим:
Следовательно, исходя из величины осмотического давления, можно вычислить молярную массу растворенного вещества.