27. Жидкие растворы. Осмотическое давление.

Сравнительно редко встречаются жидкости чистые, то есть содержащие частицы одного вида. Большинство жидкостей являются смесью различных веществ. Если одно из них содержится в такой смеси в количестве много большем, чем другие, то смесь называется раствором, а преобладающее вещество является растворителем. Рассмотрим жидкие растворы, причем ограничимся случаем бинарных растворов, состоящих только из двух веществ - растворителя и растворенного вещества.

В жидкостях могут растворяться твердые вещества, жидкости, газы. При образовании раствора молекулы растворенного вещества равномерно распределяются между молекулами растворителя, в результате образуется однородная по физическим свойствам система.

Количественно растворы характеризуются концентрацией. Весовая концентрация - отношение массы растворенного вещества к массе всего растворителя. Мольная концентрация - отношение числа молей растворенного вещества к общему числу молей в растворе.

Если раствор разбавленный (концентрация мала), то расстояния между молекулами растворенного вещества будут намного больше их размеров, вследствие чего поведение растворенного вещества в слабом растворе подобно поведению идеального газа. Растворенное вещество должно оказывать на стенки сосуда такое же давление, какое оказывает газ на стенки сосуда. Парциальное давление растворенного вещества называется осмотическим давлением и обозначается р_осм. Его можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона: ,

где m – масса растворенного вещества в растворе, m – молярная масса вещества, V – объем раствора. Величина С= определяет количество растворенного вещества в единице объема раствора, или молярная концентрация. С использованием этого обозначения выражение для осмотического давления можно записать и в следующем виде:

(1)

Это выражение называется законом Вант-Гоффа (1887 г.).: осмотическое давление, оказываемое растворенным веществом, равно давлению, которое производило бы это же вещество в газообразном состоянии в том же объеме и при той же температуре.

Для того чтобы обнаружить осмотическое давление, используют полунепроницаемы перегородки, которые свободно пропускают растворитель, но задерживают молекулы растворенного вещества (рис.27.1).

В сосуде а, опущенном в воду находится раствор сахара. Дном этого сосуда служит полунепроницаемая перегородка П. Верхняя часть сосуда оканчивается длинной трубкой b. В начале сосуд располагают так, чтобы верхний уровень раствора в нем совпадал бы с уровнем воды сс, в которую опущен прибор. В течение нескольких часов наблюдается поднятие уровня жидкости в трубке b. Под воздействием осмотического давления уровень раствора поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление поднявшегося столба жидкости не окажется равным осмотическому давлению раствора сахара: , где  – плотность раствора. Поднятие раствора в трубке связано с засасыванием воды в сосуд через полунепроницаемую перегородку.

Измеряя таким образом осмотическое давление, Вант-Гофф установил, что оно в соответствии с уравнением (1) пропорционально концентрации растворенного вещества и температуре.

Для слабых растворов многих веществ закон Вант-Гоффа выполняется хорошо. Однако в ряде случаев, например растворов солей, осмотическое давление оказывается значительно больше вычисленного по (1). Это объясняется7 электролитической диссоциацией - распадом молекул на ионы. В результате возрастает число частиц, создающих осмотическое давление, соответственно возрастает и само осмотическое давление. Оно может быть определено по следующему соотношению: ,

где k – число ионов, на которые распадается одна молекула, a – коэффициент диссоциации (отношение числа распавшихся молекул к первоначальному числу). Осмотическое давление играет большую роль в процессах, происходящих в живых организмах. Это объясняется тем, что оболочки клеток животных и растений представляют собой полунепроницаемые перегородки, а жидкость – растворы различных солей.