2. Осмос. Осмотический закон Вант-Гоффа

2.3 Осмос. Осмотический закон Вант – Гоффа.

Если система, разделенная мембраной, представляет собой растворы, в которых через мембрану способны проходить только молекулы растворителя, то свойства ее будут определяться разностью мольных долей (концентраций) растворителя по обе стороны мембраны.

Представим, что сосуд с двумя горлами для залива раствора разделен мембраной M (рис. 1). В каждую часть сосуда зальем растворы, отличающиеся только концентрацией. Поскольку мольные доли растворителя по обе стороны мембраны не совпадают, то стремление их к выравниванию приведет к переходу части растворителя в ту часть сосуда, где концентрация растворенного вещества больше. Увеличение количества растворителя эквивалентно возрастанию давления, и если мембрана способна к деформации, она изогнется в сторону с меньшей концентрацией растворенного вещества (рис. 1а).

Если мембрана жесткая, то в отсеке с большей концентрацией количество растворителя будет возрастать до тех пор, пока гидростатическое давление h (рис. 1б) не станет равным осмотическому давлению и не прекратит осмос.

1

Рисунок 1. Схема разности осмотических давлений при χ1 < χ2 при эластичной (а) и жесткой (б) мембранах

Осмотическое давление π – внутреннее давление растворенного вещества, численно равное тому внешнему давлению, которое нужно приложить, чтобы прекратить осмос; оно зависит от температуры и концентрации.

Эту зависимость Вант-Гофф уподобил поведению идеального газа:

По Вант-Гоффу 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. Поскольку объем (разбавление) обратно пропорционален молярной концентрации (6.6), то закон Вант-Гоффа можно записать в виде:

Так как объем одного моля газообразного вещества при нормальных условиях равен 22,4 литра, то осмотическое давление раствора, содержащего 1 моль вещества, равно 22,4 атм.

Измерение осмотического давления раствора используется для определения молекулярных масс

Явление, связанное со способностью проходить через мембрану, в частности, только молекул растворителя, называется осмосом, а вызываемое им изменение давления по обе стороны мембраны – осмотическим давлением. Явление осмоса чрезвычайно разнообразно и во многом определяется природой мембраны и компонентов раствора.

Критерий усвоения

После изучения и анализа данной темы Вы должны понимать следующее:

- растворы это гомогенные системы

- наличие растворенного вещества в растворе изменяет физико-химические показатели раствора вцелом: давление насыщенного пара, температура замерзания и температура кипения.

В результате изучения данной темы Вы должны знать:

- содержание и смысл всех способов выражения концентрации раствора

- формулировки и смысл законов Рауля и Вант-Гоффа.

- физический смысл криоскопической и эбулиоскопической констант.

Ваши знания должны обеспечивать следующие УМЕНИЯ:

- рассчитывать и переходить из одного вида концентрации в другую

- рассчитать температуру кипения и замерзания растворов

- рассчитать мольную массу растворенного вещества исходя из растворов.

-рассчитать осмотическое давление.

Выход темы в другие дисциплины: не имеет выхода информации в другие дисциплины, но она является фундаментальной при изучении других разделов курса химии, в частности темы «растворы электролитов» и некоторых разделов в курсе «физическая химия».