Диффузия. Осмос. Осмотическое давление

Нальем поверх окрашенного концентрированного раствора разбавленный раствор того же вещества. Через определенный промежуток времени мы заметим, что во всем объеме раствора концентрация станет одинаковой.

Самопроизвольное выравнивание концентрации, обусловленное тепловым и броуновским движением, называется диффузией.

Рассмотрим особый случай диффузии, когда на границе между растворителем и раствором находится перегородка, которая пропускает молекулы растворителя и не пропускает молекулы растворенного вещества. Такую перегородку называют полупроницаемой. Ее применяют в специальных приборах – осмометрах (рис.1).

Рис. 1. Схема прибора для измерения осмотического давления: 1 – раствор сахара; 2 – полупроницаемая перегородка; 3 - вода

h

Простейший осмометр состоит из стеклянной (лучше всего градуированной) трубки, расширенный конец которой плотно закрыт полупроницаемой пленкой, состоящей, например, из животной ткани или специально обработанной пленки высокомолекулярного вещества – целлофана. В трубку наливают какой-либо раствор, например, раствор сахара в воде. Отметив уровень жидкости в трубке, ее погружают в сосуд с растворителем (в данном случае, с водой) на такую глубину, чтобы уровни жидкостей в обоих сосудах совпали. Через некоторое время уровень жидкости в трубке поднимется и достигнет определенной высоты h. Подъем жидкости в трубке свидетельствует об осмосе.

Осмос – это односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку.

При осмосе раствор становится более разбавленным, но концентрация молекул растворителя в растворе продолжает оставаться меньшей, чем в растворителе. Однако дополнительное гидростатическое давление, испытываемое молекулами растворителя во внутреннем сосуде и определяемое разностью уровней в обоих сосудах h, обусловливает равную скорость прямого и обратного проникновения молекул растворителя через полупроницаемую перегородку.

Прекращение подъема жидкости в трубке означает, что в системе установилось равновесие, которое характеризуется равенством числа молекул растворителя, проникающих во взаимно противоположных направлениях: от растворителя к раствору и от раствора к растворителю.

Заметим, что раствор лишь в том случае может находиться в равновесии с растворителем при наличии разделяющей их полупроницаемой перегородки, если к этой перегородке со стороны жидкости будет приложено некоторое избыточное давление, которое называется осмотическим. Осмотическое давление проявляется лишь в системе, состоящей из растворителя, раствора и полупроницаемой перегородки.

Существует множество естественных полупроницаемых перегородок животного или растительного происхождения: оболочки растительных клеток, стенки кровеносных сосудов, пищеварительного тракта, эритроцитов и т.д. Поэтому осмос имеет исключительно важное значение в биологических явлениях, регулируя процессы всасывания и выделения влаги, корневого питания растений и т.д.

При измерениях осмотического давления различных растворов было установлено, что величина осмотического давления зависит от концентрации раствора и от его температуры, но не зависит ни от природы растворенного вещества, ни от природы растворителя. Для растворов электролитов невысоких концентраций зависимость осмотического давления от концентрации и температуры раствора выражается уравнением Вант-Гоффа.

Здесь – осмотическое давление раствора, кПа; – его молярная концентрация, моль/л; – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 (анализ единиц измерений показывает, что 1 Дж = 1кПа∙л); – абсолютная температура раствора.

– закон Вант-Гоффа.

Дата добавления: 2015-07-13