Осмотическое давление.

Все ранее рассмотренные явления в растворах относились к равновесным состояниям каждой гомогенной фазы переменного состава (раствора) и к равновесиям раствора с другими фазами (пар, твёрдое вещество). Равновесие осуществляется при равенстве Т и Р во всех частях всех фаз, составляющих систему, и при постоянстве состава во всех участках одной фазы. При наличии же разностей химических потенциалов компонентов между участками одной фазы или между разными фазами эти компоненты диффундируют в направлении падения своего химического потенциала до тех пор, пока не будет достигнут одинаковый состав во всех участках внутри каждой фазы и равновесное распределение компонентов между фазами. Необходимым условием достижения такого равновесия является возможность свободного перехода всех компонентов из одного участка каждой фазы в другой участок и из одной фазы в другую.

Иная картина наблюдается в тех случаях, когда отдельные части системы разделены перегородками, которые непроницаемы для одних компонентов (например, растворённого вещества) и проницаемы для других компонентов (например, для растворителя). Простыми примерами таких полупроницаемых перегородок является кожа, пергамент и другие животные и растительные ткани.

1 h 2

Сосуд 1 содержит водный раствор какого-либо вещества; закрыт внизу полупроницаемой перегородкой. Сосуд 1 помещен в сосуд 2 с водой. Вода будет проходить из сосуда 2 в сосуд 1.

Такой самопроизвольный переход воды (или растворителя) через полупроницаемую перегородку в раствор называется осмосом. Сила (на единицу площади), заставляющая растворитель переходить через полупроницаемую перегородку в раствор (находящийся при том же внешнем Р, что и растворитель), называется осмотическим давлением.

Вследствие осмоса уровень раствора в сосуде 1 повышается, создавая дополнительное давление, которое препятствует осмосу. При некоторой высоте h столба жидкости в сосуде 1 дополнительное Р достигает такой величины, при которой осмос прекращается, т. е. устанавливается равновесие между раствором данной концентрации и чистым растворителем, разделёнными полупроницаемой перегородкой.

Таким образом, равновесию между раствором заданной концентрации и чистым растворителем соответствует определённое гидростатическое давление в сосуде с раствором. Это давление равно осмотическому давлению и отличается от него только знаком. Поскольку реально измеряемой величиной является именно гидростатическое давление, можно и само осмотическое давление определить как дополнительное давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить поступление в него (или удаление из него) растворителя через полупроницаемую перегородку.

Впервые осмотическое давление () измерил Пфефер (1877). Вант-Гофф показал (1886), что в разбавленных растворах зависимость осмотического давления от концентрации раствора совпадает по форме с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов.

Для растворов с концентрациями с  0,3 моль/л V = 22,6 латм/моль (для идеальных газов PV = 22,4 ; V – объем, заключающий 1 моль растворенного вещества); при более высоких концентрациях V растет. Зависимость  от Т :   Т. Рассмотренные закономерности осмотического давления разбавленных растворов охватываются уравнением Вант-Гоффа :

 = cRT

(с – молярная концентрация; с = = )

Т.о.,  разбавленных растворов численно равно тому давлению, которое производило бы то же число молекул растворенного вещества, если бы оно в виде идеального газа занимало при данной Т объем, равный объему раствора.