Как концентрацията на разтвор влияе на осмозата?

Съдържание

• TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
• Осмотично (хидростатично) налягане
• Отношение на осмотичното налягане към концентрацията на разтворители
• Тествайте сами

Осмозата е процес, който протича между два контейнера, разделени от полупропусклива бариера. Ако бариерата има пори, достатъчно големи, за да могат молекулите на водата да преминат, но достатъчно малки, за да блокират молекулите на разтворителя, водата ще потече от страната с по-малката концентрация на разтвореното вещество в страната с по-голямата концентрация. Този процес продължава, докато концентрацията на разтворителя е равна и от двете страни, или обемът, устойчив на налягане, се промени от страната с по-голямата концентрация надвишава силата, която води водата през бариерата. Това налягане е осмотично или хидростатично налягане и то варира директно с разликата в концентрацията на разтворени вещества между двете страни.

TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Осмотичното налягане, задвижващо вода през непромокаема бариера, се увеличава с разликата в концентрациите на разтворители от двете страни на бариерата. В разтвор с повече от едно разтворено вещество се сумират концентрациите на всички разтворени вещества, за да се определи общата концентрация на разтвореното вещество. Осмотичното налягане зависи само от броя на разтворените частици, а не от техния състав.

Осмотично (хидростатично) налягане

Действителният микроскопичен процес, който задвижва осмозата, е малко загадъчен, но учените го описват по този начин: Молекулите на водата са състояние на постоянно движение и те мигрират свободно през неограничен контейнер, за да изравнят концентрацията си. Ако поставите преграда в контейнера, през който те могат да преминат, те ще го направят. Ако обаче едната страна на бариерата съдържа разтвор с частици, прекалено големи, за да премине през бариерата, водните молекули, преминаващи през другата страна, трябва да споделят пространство с тях. Обемът отстрани с разтвореното вещество се увеличава, докато броят на водните молекули от двете страни е равен.

Увеличаването на концентрацията на разтворимо вещество намалява пространството, достъпно за молекулите на водата, което намалява техния брой. Това от своя страна увеличава тенденцията водата да се влива в тази страна от другата страна. За да се антропоморфизира леко, колкото по-голяма е разликата в концентрацията на водни молекули, толкова повече те искат да се придвижат през бариерата към страната, съдържаща разтвореното вещество.

Учените наричат ​​това желание осмотично налягане или хидростатично налягане и неговото измеримо количество. Поставете капак върху твърд контейнер, за да предотвратите промяна на обема и измерете необходимото налягане, за да не се покачва водата, докато измервате концентрацията на разтвора отстрани с най-разтворено вещество. Когато не се случи по-нататъшна промяна в концентрацията, налягането, което упражнявате върху капака, е осмотичното налягане, като се приеме, че концентрациите от двете страни не са изравнени.

Отношение на осмотичното налягане към концентрацията на разтворители

В повечето реални ситуации, като например корени, извличащи влага от земята или клетки, обменящи течности със заобикалящата ги среда, съществува определена концентрация на разтворители от двете страни на полупропусклива бариера, като коренова или клетъчната стена. Осмозата възниква, стига концентрациите да са различни, а осмотичното налягане е пряко пропорционално на разликата в концентрацията. В математически план:

P = RT (∆C)

където Т е температурата в келвини, ∆С е разликата в концентрациите и R е идеалната константа на газ.

Осмотичното налягане не зависи от размера на разтворените молекули или от техния състав. Зависи само колко от тях има. По този начин, ако в разтвор има повече от едно разтворимо вещество, осмотичното налягане е:

P = RT (С₁ + С₂ + ... С_н)

където С₁ е концентрацията на разтворено вещество и т.н.

Тествайте сами

Лесно е да добиете бърза представа за ефекта на концентрацията върху осмотичното налягане. Смесете супена лъжица сол в чаша вода и сложете морков. Водата ще изтича от моркова в солената вода чрез осмоза и морковът ще се свие. Сега увеличете концентрацията на сол до две или три супени лъжици и запишете колко по-бързо и напълно се свива морковът.

Водата в един морков съдържа сол и други разтвори, така че обратното ще се случи, ако го потопите в дестилирана вода: Морковът ще набъбне. Добавете малко количество сол и запишете колко по-малко време отнема морковът да набъбне или дали той набъбва до същия размер. Ако морковът не набъбва или се свива, вие успяхте да направите решение, което има същата концентрация на сол като моркова.