7.6.3. Осмос
Если раствор и чистый растворитель разделены мембраной, проницаемой для молекул растворителя и непроницаемую для молекул растворенного вещества (полупроницаемую), то молекулы растворителя через полупроницаемую мембрану будут переходить в раствор, что приведет к разбавлению раствора. Такое явление получило название осмос – односторонняя диффузия растворителя из менее концентрированного в более концентрированный раствор через полупроницаемую мембрану.
Это происходит из-за диффузии молекул растворителя. Диффузия – самопроизвольный процесс, результат беспорядочного движения молекул раствора, который приводит к выравниванию концентрации раствора, усилению беспорядка в системе и возрастанию энтропии.
Сила, обуславливающая осмос, отнесенная к единице поверхности – осмотическое давление. Измеряют осмотическое давление прибором - осмометром. Он состоит из сосуда с трубкой, которая соединяется с манометром. Окошко сосуда закрыто полупроницаемой мембраной. Сосуд с раствором и опускают в растворитель. Растворитель диффундирует через мембрану в раствор, уровень жидкости в трубке осмометра повышается, что создает гидростатическое давление. С увеличением гидростатического давления диффузия замедляется. Гидростатическое давление, установившееся с наступлением равновесия, фиксируется манометром Оно служит мерой осмотического давления.
Я.Г. Вант-Гофф в 1884 г., на основании анализа экспериментальных данных П.Ф. Пфейфера по измерению осмотического давления растворов сахара , получил уравнение:
|
росмV = vRT, |
(7.13) |
где росм – осмотическое давление, в н/м2;
V – объем раствора, в м3.
Рис. 7.3.
Схема осмометра:
1 – осмометр;
2 – манометр;3 – сосуд с растворителем.
Усмотрев, что между состоянием вещества в растворе и газообразным состоянием имеется качественная и количественная аналогия он сформулировал закон: осмотическое давление раствора численно равно тому газовому давлению, которое имело бы растворенное вещество, будучи переведенным в газообразное состояние в том же объеме и при той же температуре.
В области малых концентраций растворы подчиняются газовым законам и к ним применимо уравнение Менделеева-Клапейрона, т.е. осмотическое давление пропорционально концентрации растворенного вещества и абсолютной температуре.
Осмотическое давление имеет большое значение для живых организмов, способствуя поступлению воды к клеткам. Осмотическое давление обеспечивает тургор (упругость) клеток.
Растворы с одинаковым осмотическим давлением – изотонические (физиологический раствор – 0,9% NaCl изотоничен плазме крови). Растворы с большим осмотическим давлением – гипертонические, с меньшим – гипотонические. В гипертонических растворах наблюдается сморщивание клеток из-за потери воды (плазмолиз). Гемолиз крови – разрушение клеток крови имеет место при погружении эритроцитов в гипотонический раствор.
Для приготовлении варенья, солений используется добавка большого количества соли или сахара, получающиеся при этом гипертонические растворы обезвоживают гнилостные микроорганизмы.
Все выше изложенное относится к растворам органических веществ в воде.