Осмотическое давление это что: Осмотическое давление — Что такое Осмотическое давление?

Осмотическое давление это что: Осмотическое давление — Что такое Осмотическое давление?

Содержание

Осмотическое давление | справочник Пестициды.ru

Осмотическое давление раствора выражают в единицах осмолярности. Осмолярным называют раствор, содержащий один осмоль вещества в 1 л растворителя[1]. Осмотическое давлениеу бактериальных клеток в 2 раза меньше, чем у животных. В молодых клетках грамотрицательных бактерий оно достигает 20–25 атмосфер, в старых – 2–3 атмосферы[3].

В отношении бактерий роль раствора вне бактериальной клетки играет питательная среда. Внутри – протоплазма с растворенными в ней веществами. Полупроницаемая мембрана – цитоплазматическая мембрана[1].

Роль осмотического давления в жизнедеятельности бактерий

Осмотическое давление играет большую роль в обеспечении жизнеспособности микроорганизмов[2]. Величина осмотического давления зависит от концентрации растворенных в воде соединений. При низкой концентрации и следственно низком осмотическом давлении – раствор является гипотоническим раствром. При высокой концентрации и высоком осмотическом давлении – раствор называют гипертоническим раствором[1].

При оптимальной концентрации растворенных в питательной среде веществ для микроорганизма создаются наилучшие условии роста и развития. Увеличение концентрации и осмотического давления приводит к задержке роста организма, поскольку в растворах с более высоким осмотическим давлением, чем внутри микробной клетки, микроорганизмы не выживают. Это связано с тем, что в данном случае вода устремляется из клетки наружу (к более концентрированному раствору). В результате клетка обезвоживается и протопласт сжимается. Это явления называют плазмолизом[1].

Питательная среда с низким осмотическим давление так же губительна для микробов, поскольку в этом случае вода без ограничения поступает в клетку и цитоплазматическая мембрана не выдерживает внутреннего давления и лопается. Данное явление носит название плазмоптиза[1].

Разделение микробов по отношению к величине осмотического давления

По отношению к величине осмотического давления выделяются несколько групп экстремофилов:

  1. Осмотолерантные микробы – это микробы способные развиваться в средах с достаточно широко варьирующей осмолярностью. Осмотолерантность обусловлена тем, что внутриклеточная осмолярность таких организмов всегда выше, чем осмолярность внешней среды. Осмотолерантные микроорганизмы переносят достаточно высокие концентрации растворенных веществ, но лучше растут при более низком осмотическом давлении[1].
  2. Осмофилы – это микробы росту и развитию, которых не препятствует высокое осмотическое давление[1].
  3. Галофилы – это осмофильные организмы, в том числе микробы, для развития которых необходимо высокая концентрация соли (NaCl)[2][1].

 

ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ — это… Что такое ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ?

ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ (обозначение П), давление, оказываемое растворенным веществом посредством движения его молекул. В разбавленном растворе давление изменяется в зависимости от концентрации и температуры, как если бы раствор был газом, занимающим тот же объем. Оно равно давлению, которое должно быть приложено в противовес процессу ОСМОСА в растворе. Осмотическое давление получается из формулы ПV=nRT, где nколичество молей в растворе, Vобъем, Ттемпература, Rгазовая постоянная.

Научно-технический энциклопедический словарь.

  • ОСМОС
  • ОСНОВАНИЕ

Смотреть что такое «ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ» в других словарях:

  • Осмотическое давление — (обозначается π)  избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации… …   Википедия

  • ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ — ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ, давление, производимое молекулами растворенного вещества на полупроницаемые стенки сосуда^ Теория О. д. Если чистая вода и какой либо раствор разделены перегородкой, задерживающей растворённые молекулы, ю> пропускающей… …   Большая медицинская энциклопедия

  • ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ — (диффузное давление), термодинамич. параметр, характеризующий стремление р ра к понижению концентрации при соприкосновении с чистым растворителем вследствие встречной диффузии молекул растворителя и растворённого в ва. Если р р отделён от… …   Физическая энциклопедия

  • ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ — избыточное внеш. давление, крое необходимо приложить к раствору, чтобы противодействовать поступлению в него растворителя через разделяющую их полупроницаемую мембрану. По величине О. д. различают: изотонические, или изоосмотические, растворы,… …   Биологический энциклопедический словарь

  • осмотическое давление — избыточное давление, которое надо приложить к концентрированному раствору, чтобы в него не поступал растворитель из менее концентрированного раствора. Растворы должны быть разделены мембраной, непроницаемой для растворенного вещества. (Источник:… …   Словарь микробиологии

  • осмотическое давление — Давление, оказываемое раствором на полупроницаемую мембрану [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN osmotic pressure …   Справочник технического переводчика

  • ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ — избыточное гидростатическое давление со стороны раствора, препятствующее проникновению растворителя из менее концентрированного в более концентрированный раствор через разделяющую эти два раствора тонкую пористую перегородку (мембрану), не… …   Большая политехническая энциклопедия

  • осмотическое давление — – параметр системы, численно равный силе, приходящейся на единицу поверхности полупроницаемой мембраны, которую нужно приложить, чтобы предотвратить проникновение молекул растворителя в раствор. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] …   Химические термины

  • Осмотическое давление —         диффузное давление, термодинамический параметр, характеризующий стремление раствора к понижению концентрации при соприкосновении с чистым растворителем вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя. Если… …   Большая советская энциклопедия

  • осмотическое давление —  Osmotic Pressure  Осмотическое давление   Избыточное внешнее давление, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить диффузионный процесс, т. е. создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. — М.

Осмотическое давление — это… Что такое Осмотическое давление?

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничность. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу — например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту до 100 метров. При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.

Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.

Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3-5-10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

,

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.

Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.

Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03 — 0,04 атм.). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где πОНК больше. При гнойных процессах πОНК в очаге воспаления возрастает в 2-3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков. В организме осмотическое давление должно быть постоянным (≈ 7,7 атм.). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно πПЛАЗМЫ ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем πПЛАЗМЫ, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl2, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na2SO4∙10H2O, MgSO4∙7H2O).

Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).

См. также

Литература

  • Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для втузов — Москва: Высшая школа, 1989. — с. 113

Осмотическое давление.

Осмос-это самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану из разбавленного раствора или чистого растворителя в концентрированный раствор. Это явление можно продемонстрировать с помощью прибора, схематически изображенного на рис. 6.39. Широкий конец трубки, закрытый мембраной животного происхождения (например, бычьим пузырем), наполняют раствором сахара и погружают в стакан с водой. Через некоторое время вода переходит сквозь мембрану в раствор сахара.

Мембрана, пропускающая частицы растворителя, но не пропускающая частицы растворенного вещества, называется полупроницаемой мембраной. Полупроницаемая мембрана пропускает частицы растворителя в обоих направлениях. Однако, поскольку с той стороны мембраны, где концентрация раствора выше, концентрация растворителя, наоборот, ниже, происходит результирующий переход растворителя в концентрированный раствор. Это приводит к установлению разности давлений по обе стороны мембраны. Давление, которое необходимо приложить к концентрированному раствору, чтобы воспрепятствовать переносу растворителя через мембрану, называется осмотическим давлением. Его обозначают греческой буквой п.

Осмотическое давление является коллигативным свойством, поскольку оно зависит только от концентрации растворенных частиц, а не от их химического состава.

Осмотическое давление играет важную роль в биологических процессах. Например, в организме животных некоторые типы клеток, например эритроциты, содержат солевой раствор. Эти клетки ограничены плазматической мембраной. В водной среде эритроциты подвергаются осмосу, набухают и лопаются. Однако, если они попадают в более концентрированный раствор соли, клетки сморщиваются.

Модули установки для получения сверхчистой воды на основе обратного осмоса. Такая вода необходима в полупроводниковой промышленности.

Амеба-одноклеточное существо. Вода непрерывно поступает в ее тело благодаря осмосу.

Растительные клетки содержат солевые растворы в особых полостях — вакуолях. Вакуоль окружена тонким слоем цитоплазмы, который обладает свойствами полупроницаемой мембраны и контролирует поглощение воды растительной клеткой.

Если давление, приложенное к концентрированному раствору, превышает осмотическое давление, растворитель переходит из концентрированного раствора через мембрану в разбавленный раствор. Этот процесс называется обратный осмос. Он находит промышленное применение с целью получения питьевой воды из морской воды.

Эксперименты, подобные описанному выше с сахарным раствором, показывают, что: 1) при постоянной температуре осмотическое давление прямо пропорционально разности концентраций в растворах, разделенных мембраной; 2) при фиксированной разности концентраций осмотическое давление прямо пропорционально абсолютной температуре.

Соотношение между осмотическим давлением и температурой аналогично уравнению состояния идеального газа (см. разд. 3.1). Оно называется уравнением Вант-Гоффа:

(11)

В этом уравнении тс — осмотическое давление, К-объем раствора, и-число молей растворенного вещества, T-абсолютная температура, Л-молярная газовая постоянная. Уравнение (11) может быть представлено в другой форме:

Уравнение Вант-Гоффа является приближенным и справедливо только для разбавленных растворов.

Определение относительной молекулярной массы растворенного вещества по осмотическому давлению раствора

Уравнение Вант-Гоффа может использоваться для определения относительной молекулярной массы растворенного вещества по создаваемому им осмотическому давлению, которое устанавливают экспериментальным путем. Этот метод особенно удобен для определения средней относительной молекулярной массы полимеров и других макро-молекулярных веществ.

Пример

Раствор сахара с концентрацией 2,5 г/дм3 создает осмотическое давление 8,3 х х 104 атм при 25 °С. Вычислим относительную молекулярную массу растворенного вещества.

Решение

Искомое значение относительной молекулярной массы Мг растворенного вещества можно найти непосредственно с помощью уравнения Вант-Гоффа (11). Исходные данные задачи таковы:

Оглавление:

Осмотическое давление в воде

Явление осмотического давления в воде было обнаружено и описано еще в 1748 году французским физиком-экспериментатором Жаном-Антуаном Нолле.

Проводя свой эксперимент, Нолле наполнил сосуд этанолом и, закрыв его плотной мембраной, опустил в емкость с чистой водой. Под действием физических сил вода поступала внутрь сосуда с концентрированной жидкостью и создавала там давление, под действием которого сосуд раздувался. В процессе его эксперимента хватало пяти часов, чтобы объем в сосуде увеличился, а мембрана раздулась. Тогда он решил провести обратный опыт и наполнил колбу водой, поместив ее в сосуд со спиртом. Объем в колбе стал уменьшаться, а мембрана начала прогибаться вниз.

Нолле объяснил это явление, как избирательный перенос молекул через мембрану: когда жидкость с меньшей плотностью легко проходила через стенки мембраны, вторая, концентрированная, не могла осуществить диффузию.

Позже было доказано, что если к концентрированному раствору будет приложено давление, то перенос молекул растворителя можно замедлить или остановить в зависимости от величины давления. Наименьшее давление, за исключением давления самого растворителя, которое нужно приложить к раствору, чтобы предотвратить перемещение молекул чистого вещества через мембрану, было названо»«соматическое», а сам процесс произвольного перехода молекул растворителя стали называть «осмос».

От чего зависит осмотическое давление воды

Важным условием осмоса является наличие полупроницаемой мембраны, то есть такого материала, поры которого будут достаточного размера, чтобы свободно пропускать молекулы растворителя и удерживать в растворе частицы растворенного вещества.

Осмотическое давление воды зависит от двух основных факторов:

  • концентрация раствора;
  • температура.

Это объясняется уравнением Вант-Гоффа. Осмотическое давление воды равно: π = RCT,

где R — универсальная газовая постоянная,

С — концентрация вещества,

Т — температура.

Ученый выявил, что осмотическое давление жидкостных растворов, подчиняется тем же законам, что и давление газовых систем. С помощью данного уравнения определяется величина давления.

Оно не зависит от состава растворенного вещества, поэтому осмотическое давление считается коллигативным свойством раствора, то есть обусловленным самопроизвольным движением молекул, их количеством, а не составом.

Для возникновения осмотического давления воды в системе необходимо два критерия:

  • присутствие полупроницаемой мембраны;
  • нахождение двух растворов с разной концентрацией по обе стороны от перегородки.

Как определить осмотическое давление воды

На практике величину осмотического давления воды определяют при помощи специального прибора — осмометра. Так измерения могут происходить статическим путем и динамическим.

При статическом методе измерение осуществляется только после установления равновесия в системе: раствор — мембрана — растворитель. Самым простым способом величина определяется по высоте столба жидкости в трубке осмометра. К его недостаткам можно отнести сложность определения момента равновесия и значительные временные затраты.

Динамический метод определение осмотического давления воды позволяет быстро и точно получить результат. Он основывается на определении объемной скорости пропускания и выдавливания молекул растворителя через мембраны с различным давлением в ячейке с последующим вычислением промежуточных значений среди полученных результатов.

Многие приборы позволяют проводить вычисления обоими методами. Единственным важным условиям проведения измерения является правильный подбор полупроницаемой мембраны. На практике чаще всего применяются:

  • пленки из целлофана;
  • природные и синтетические полимеры;
  • пористые керамические и стеклянные перегородки;
  • мембраны растительного и животного происхождения.

Роль осмотического давления воды для живых организмов

Осмос имеет большое значение в окружающей среде и деятельности человека. Например, он участвует в переносе жидкости в стволах высоких деревьев, в наполнении водой клеток и межклеточных структур живых организмов. Биологические жидкости человека — тканевые жидкости, кровь, лимфа тоже поддаются законам осмотического давления. В лабораторных условиях с его помощью исследуют характеристики вновь получаемых полимерных веществ, а в промышленности используют для очистки воды от минералов методом обратного осмоса.

Не менее важную роль осмос играет в экологии водоемов. При изменении концентрации солей в воде, обитатели могут погибнуть, так, например, если поместить пресноводное животное в морскую воду, то оно вскоре потеряет пятую часть своего веса, а если морского обитателя перенести в пресную воду, то из-за диффузии молекул повысится уровень внутриклеточной жидкости, клетки его органов разбухнут и лопнут.

Осмотическое давление морской воды

Осмотическое давление морской воды составляет примерно 25 бар, что существенно выше осмотического давления пресной воды. Поэтому процесс опреснения морской воды методом обратного осмоса проходит при существенно больших давлениях (40-60 бар). Естественно, для разных морей и океанов величина осмотического давления будут разниться за счет разной концентрации солей.

Где применяют осмотическое давление воды

Знание и правильное применение законов осмотического давления воды необходимо в медицине, биологии, энергетике и промышленности. На них основываются многие физико-биологические процессы, процессы получения веществ, а также способы очистки воды.

Osmosis and Osmotic Pressure of Solutions

12.11: Осмос и осмотическое давление растворов

Ряд природных и синтетических материалов проявляют селективную проницаемость, т.е. только молекулы или ионы определенного размера, формы, полярности, заряда и т. д. способны пройти через материал (пронизывать его). Биологические клеточные мембраны являются элегантными примерами селективного проникновения в природе, а трубки для диализа, используемые для удаления метаболических отходов из крови, являются более упрощенным технологическим примером. Независимо от того, как они могут быть изготовлены, эти материалы обычно называют полупроницаемыми мембранами.

Рассмотрим устройство U-образной формы, в котором образцы чистого растворителя и раствор отделены мембраной, через которую могут проникать только молекулы растворителя. Молекулы растворителей рассеивают через мембрану в обоих направлениях. Поскольку концентрация растворителя в чистом растворителе больше, чем в растворе раствор, эти молекулы будут рассеяться со стороны растворителя мембраны на сторону раствор быстрее, чем в обратном направлении. В результате происходит чистая передача молекул растворителя из чистого растворителя в раствор. Диффузионно-управляемый перенос молекул растворителя через полупроницаемую мембрану — это процесс, известный как осмоз.

При проведении осмоза в аппарате, описанном выше, объем раствор увеличивается по мере его разбавления накоплением растворителя. Это приводит к повышению уровня раствор, увеличивая его гидростатическое давление (из-за веса колонны раствор в трубке) и, как следствие, к более быстрой передаче молекул растворителя обратно на чистую сторону растворителя. Когда давление достигает значения, при котором скорость обратного переноса растворителя равна скорости осмоса, массовая передача растворителя прекращается. Это давление называется осмотическим давлением (π) раствор. Осмотическое давление разбавленного раствор связано с его молярностью растворённое вещество, M, и абсолютной температурой, T, согласно уравнению

 

Где R — универсальная газовая постоянная.

Если раствор помещен в такой аппарат, при давлении, превышающем осмотическое давление раствор, происходит обратный осмоз и выталкивает молекулы растворителя из раствор в чистый растворитель. Этот метод обратного осмоса используется для крупномасштабного опреснения морской воды и на небольших масштабах для производства чистой водопроводной воды для питья.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 11.4: коллигативные свойства.


Литература для дополнительного чтения

  1. Goodhead, Lauren K., and Frances M. MacMillan. «Measuring osmosis and hemolysis of red blood cells.» Advances in physiology education 41, no. 2 (2017): 298-305.
  2. Garbarini, G. R., R. F. Eaton, T. K. Kwei, and A. V. Tobolsb. «Diffusion and reverse osmosis through polymer membranes.» Journal of Chemical Education 48, no. 4 (1971): 226.
  3. Hitchcock, David I. «Osmotic pressure and molecular weight.» Journal of Chemical Education 28, no. 9 (1951): 478.

Источник энергии — осмос | Политика и общество: анализ событий в Европе, России, мире | DW

Понимая, что запасы ископаемых энергоресурсов уже в обозримом будущем начнут иссякать, а использование ядерных технологий связано – во всяком случае, пока, – со значительным риском, человечество в последние годы всё активнее пытается поставить себе на службу разного рода альтернативные источники энергии.

Осмотическое давление: что это такое?

Учёные Исследовательского центра GKSS, расположенного в окрестностях Гамбурга, активно разрабатывают технологию, которая позволила бы добывать энергию за счёт давления, возникающего при слиянии пресной и солёной воды там, где реки впадают в море. Речь идёт о так называемом осмосе. Наверное, далеко не все сразу же вспомнят из школьного курса химии, что же это такое. Обычно там, где река впадает в море, пресная вода просто перемешивается с солёной, и никакого давления, которое могло бы послужить источником энергии, там не наблюдается. Доктор Клаус-Виктор Пайнеман (Klaus-Viktor Peinemann), возглавляющий в Исследовательском центре отдел химии, поясняет, какие условия необходимы для возникновения осмотического давления:

«Если перед смешиванием морскую воду и пресную разделить фильтром, причём особым фильтром – специальной мембраной, способной пропускать воду, но непроницаемой для соли, – то стремление растворов к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций сможет реализоваться только за счёт того, что вода будет проникать в раствор соли, а соль в пресную воду не попадёт».

Сродни давлению воды у подножия водопада

Если же это происходит в закрытом резервуаре, то со стороны морской воды возникает избыточное гидростатическое давление, называемое осмотическим. Чтобы использовать его для производства энергии, в месте впадения реки в море нужно установить большой резервуар с двумя камерами, отделёнными друг от друга полупроницаемой мембраной, пропускающей воду и не пропускающей соль. Одна камера заполняется солёной, другая – пресной водой. Возникающее при этом осмотическое давление может быть очень велико, – подчёркивает доктор Пайнеман:

«Оно достигает примерно 25-ти бар – это соответствует давлению воды у подножия водопада, низвергающегося с высоты в 100 метров».

Идея с 40-летним стажем

Находящаяся под столь высоким осмотическим давлением вода подаётся на турбину генератора, вырабатывающего электроэнергию. Казалось бы, всё просто. Стоит ли удивляться тому, что идея использовать осмос как источник энергии зародилась более 40-ка лет назад, – говорит доктор Пайнеман:

«Одним из главных препятствий в то время стало отсутствие мембран должного качества. Мембраны были очень-очень медленными, так что и эффективность такого осмотического электрогенератора была бы крайне низкой. Но в последующие 20-30 лет произошло несколько технологических прорывов. Сегодня мы научились производить чрезвычайно тонкие мембраны, а это значит, что их пропускная способность стала значительно выше».

Все дело – в создании особой мембраны

Ещё год назад многие специалисты не верили в возможность создания такой мембраны, которая позволила бы на практике реализовать осмотическое энергопроизводство. Но сегодня химики Исследовательского центра GKSS уверены, что решили проблему. В ходе экспериментов их мембрана, по составу мало отличающаяся от всем знакомой полиэтиленовой плёнки, проявила себя с самой лучшей стороны. Один из разработчиков, Карстен Бликке (Carsten Blicke), поясняет:

«Её толщина составляет около 0,1 микрометра. Для сравнения можно сказать, что, скажем, человеческий волос имеет толщину от 50 до 100 микрометров. Именно эта тончайшая плёнка и отделяет в конечном счёте морскую воду от пресной».

Невидимка с волшебными свойствами

Понятно, что столь тонкая мембрана не может сама по себе выдержать высокое осмотическое давление. Поэтому она наносится на пористую, напоминающую губку, но прочную основу. В целом такая перегородка выглядит как глянцевая бумага, однако то, что на ней имеется плёнка, невооружённым глазом заметить невозможно.

Пилотная установка, возводимая в одном из фьордов на севере Норвегии, должна обеспечить электроэнергией 300 тысяч семей. Теоретически в одной только Норвегии за счёт осмоса может быть выработано столько энергии, что её хватит на 1,2 миллиона семей, – утверждает компания «Statkraft».

Осмотическое давление — обзор

35.9 Влияние осмотического стресса на растения

Осмотическое давление в цитозоле повышается во время солевого стресса и стресса засухи из-за недостатка (засухи) воды или чрезмерного поглощения солей, что приводит к солевому стрессу. Чтобы переносить / исключать чрезмерное количество солей внутри / из клеток, солеустойчивые виды разрабатывают различные стратегии (Parida and Das, 2005). На рост растений, их выживание, распространение и урожайность влияет доступность воды для растений.Осмотический стресс влияет на рост и развитие растений. Это приводит к индукции вторичного окислительного стресса, который увеличивает количество продуктов распада аскорбата, а также гомоглутатиона. Толерантные виды приспосабливаются к осмотическому стрессу двумя способами (Munns, 2002):

1.

Секвестрация избыточных солей в вакуоль растительных клеток

2.

Синтез осмопротактантных соединений внутри клетки

Под воздействием осмотического стресса новые белки синтезируются и накапливаются растениями, и такие полипептиды можно идентифицировать с помощью одно- или двумерного гель-электрофореза (Hurkman and Tanaka, 1988; Hurkman et al., 1988). Большинство генов, регулируемых осмотическим стрессом (OR), кодируют белки LEA, которые активируются во время осмотического стресса, возникающего из-за условий засухи, высоких концентраций соли или низких температур (Baker et al., 1988; Dure et al., 1989). Было обнаружено, что большинство генов LEA отвечает на ABA (Skriver, Mundy, 1990). Во время осмотического стресса у растений для предотвращения потери воды и восстановления тургора клетки накапливают ионы / растворенные вещества, в основном Na + , K + и C1 , а также органические соединения, такие как бетаины и пролин (Rhodes, 1987).Индукция генов АТФазы плазматической мембраны и тонопласта происходит в условиях повышенного содержания соли (Surowy and Boyer, 1991; Niu et al., 1993a, b; Binzel, 1995). Накопление фактора удлинения 1-альфа, который является важным компонентом синтеза белка, значительно усиливается в адаптированных к соли клетках грибов и табака (Zhu et al., 1994).

Индукция белков теплового шока (HSP) во время осмотического стресса была обнаружена в клетках риса, о чем свидетельствует накопление гена HSP70 в качестве адаптации к осмотическому стрессу (Borkird et al., 1991; Фирлинг, 1991). HSP предотвращают денатурацию белков и способствуют укладке белков, следовательно, действуют как молекулярные шапероны (Zhu et al., 1993). Во время повышенного содержания соли, обезвоживания и холодового стресса в дополнение к осмотическому стрессу индукция гена осмотина была обнаружена у вирусных и грибковых патогенов (Kononowicz et al., 1992; LaRosa et al., 1989). ABA играет важную роль в регулировании и реагировании на недостаточную доступность воды во время нескольких процессов развития и других факторов окружающей среды (Finkelstein et al., 2002; Ямагути-Шинозаки и Шинозаки, 2006 г.). Эндогенные уровни АБК повышаются в растениях из-за клеточной дегидратации во время созревания семян и осмотического стресса во время послеродового роста (Fujita et al., 2011). Он также индуцирует несколько генов, чувствительных к засухе (Fujita et al., 2011). Большинство генов, индуцируемых ABA, их промоторные области содержат хорошо консервативные G-box-подобные cis -действующие элементы и обозначены как ABRE (PyACGTGG / TC) (Mundy et al., 1990; Busk and Pagès, 1998; Хаттори и др., 2002; Чжан и др., 2005; Гомес-Поррас и др., 2007; Маруяма и др., 2012). На рис. 35.2 изображен обобщенный механизм реакции растений в условиях осмотического стресса.

Рисунок 35.2. Обобщенный механизм реакции на осмотический стресс у растений. OSP , Белки осмотического стресса; OSRE , Элементы, реагирующие на осмотический стресс; OSRF , факторы, реагирующие на осмотический стресс; OSRG , гены, чувствительные к осмотическому стрессу.

Источник: Изменено из Upadhyaya, H., Саху, Л., Панда, С.К., 2013. Молекулярная физиология осмотического стресса у растений. В: Rout, G.R., Das, A.B. (Ред.), Физиология молекулярного стресса растений. Спрингер, Индия, стр. 179–192. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1007/978-81-322-0807-5_7. Осмотическое давление

| Введение в химию

Цель обучения
  • Обсудить влияние растворенного вещества на осмотическое давление раствора

Ключевые моменты
    • Осмос определяется как поток молекул воды / растворителя через полупроницаемую мембрану из области от низкой до высокой концентрации растворенного вещества до установления равновесия.
    • Для противодействия осмотическому потоку к раствору должно быть приложено некоторое давление, чтобы предотвратить прохождение чистого растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую две жидкости; это называется осмотическим давлением.
    • Осмотическое давление — это давление, необходимое для противодействия, а не для поддержания осмоса.
    • Осмотическое давление можно приблизительно определить по следующей формуле: [латекс] \ Pi = i M R T [/ latex].

Условия
  • Идеальное решение Раствор с термодинамическими свойствами, аналогичными свойствам смеси идеальных газов.
  • Осмос

  • Чистое перемещение молекул растворителя из области с высоким потенциалом растворителя в область с более низким потенциалом растворителя через частично проницаемую мембрану.
  • осмотическое давление: Гидростатическое давление, оказываемое раствором через полупроницаемую мембрану из чистого растворителя. давление, необходимое для противодействия осмосу.
  • Полупроницаемая мембрана Одна, которая позволяет определенным молекулам или ионам проходить через нее путем диффузии.

Раствор — это гомогенная смесь растворенного вещества и растворителя.Растворы обычно имеют свойства, отличные от свойств растворителя и молекул растворенного вещества, которые их составляют. Некоторые особые свойства растворов зависят исключительно от количества растворенных молекул растворенного вещества, независимо от того, что это за растворенное вещество; эти свойства известны как коллигативные свойства.

Осмос определяется как чистый поток или движение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, через которую растворенных веществ молекул не могут пройти . Если раствор, состоящий как из растворенных веществ, так и из молекул растворителя, помещается на одну сторону мембраны, а чистый растворитель помещается на другую сторону, возникает чистый поток растворителя на сторону раствора мембраны.

Представьте себе осмос, происходящий в вертикальной U-образной трубе. Высота раствора будет продолжать увеличиваться из-за чистого потока растворителя, пока добавленное давление высоты не остановит поток раствора. Разницу высот между двумя сторонами можно преобразовать в давление, чтобы найти осмотическое давление, оказываемое на раствор чистым растворителем.

U-образная трубка, показывающая осмотическое давление На левой стороне U-образной трубки находится водный раствор, а на правой стороне — чистая вода.Чистая вода пытается разбавить раствор, проходя через полупроницаемую мембрану. В конце концов добавленный вес дополнительной воды слева вызывает давление, достаточное для остановки осмоса.

Осмотическое давление — это давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить поток воды внутрь через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление также можно объяснить как давление, необходимое для устранения осмоса. Один из способов остановить осмос — увеличить гидростатическое давление на мембране со стороны раствора; в конечном итоге это сжимает молекулы растворителя ближе друг к другу, увеличивая их «тенденцию к бегству».Тенденция раствора к утечке может быть увеличена до тех пор, пока она в конечном итоге не сравняется с таковой молекул в чистом растворителе; на этом этапе осмос прекратится. Осмотическое давление — это давление, необходимое для достижения осмотического равновесия.

Осмотическое давление Осмотическое давление — это давление, необходимое для остановки осмоса.

Осмотическое давление (II) идеального раствора можно аппроксимировать уравнением Морса:

[латекс] \ Pi = i M R T [/ латекс]

Здесь i — фактор Ван т Гоффа, M — молярность раствора, R — газовая постоянная и T — абсолютная температура в Кельвинах.Из этого уравнения видно, что количество растворенного вещества, присутствующего в растворе, напрямую влияет на осмотическое давление системы.

Пример

Каково осмотическое давление 1,35 М раствора NaCl при 25 o C?

Сначала введите всю необходимую информацию, а затем решите:

i = 2 (NaCl распадается на две частицы)

M = 1,35 [латекс] \ frac {moles} {L} [/ латекс]

R = 0,0821 [латекс] \ frac {L \ times mol} {K \ times mol} [/ latex] [латекс] \ frac {L \ times atm} {K \ times mol} [/ latex]

T = 25 o C + 273 = 298 K

[латекс] \ Pi = 2 \ умножить на 1.35 \ раз 0,0821 \ раз 298 [/ латекс]

[латекс] \ Pi = 66,1 \ атм [/ латекс]

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

«Оригинальный рисунок Марка Хокенберри. Лицензия CC BY-SA 4.0 ».

Марк Хокенберри
CC BY-SA 3.0.

13.7: Осмотическое давление — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Для описания взаимосвязи между концентрацией растворенного вещества и физическими свойствами раствора.
  • Понимать, что общее количество нелетучих частиц растворенного вещества определяет снижение давления пара, повышение температуры кипения и снижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.

Осмотическое давление — это коллигативное свойство растворов, которое наблюдается при использовании полупроницаемой мембраны, барьера с порами, достаточно маленькими, чтобы позволить молекулам растворителя проходить, но не молекулам или ионам растворенных веществ. Чистый поток растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмосом (от греческого osmós, что означает «толкать»).Направление чистого потока растворителя всегда со стороны с более низкой концентрацией растворенного вещества в сторону с более высокой концентрацией.

Осмос

можно продемонстрировать с помощью U-образной трубки, подобной показанной на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), которая содержит чистую воду в левой руке и разбавленный водный раствор глюкозы в правой руке. Чистый поток воды через мембрану происходит до тех пор, пока уровни в рукавах в конечном итоге не перестанут меняться, что указывает на достижение равновесия.Осмотическое давление (\ (\ Pi \)) раствора глюкозы — это разница давлений между двумя сторонами, в данном случае высоты двух столбцов. Хотя полупроницаемая мембрана позволяет молекулам воды проходить в любом направлении, скорость потока не одинакова в обоих направлениях, поскольку концентрация воды в двух рукавах неодинакова. Чистый поток воды через мембрану можно предотвратить, приложив к правой руке давление, равное осмотическому давлению раствора глюкозы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Осмотическое давление. (а) Разбавленный раствор глюкозы в воде помещается в правое плечо U-образной трубки, а левое плечо на ту же высоту заполняется чистой водой; полупроницаемая мембрана разделяет два плеча. Поскольку поток чистого растворителя через мембрану слева направо (от чистой воды к раствору) больше, чем поток растворителя в обратном направлении, уровень жидкости в правой трубке повышается. (b) В состоянии равновесия перепад давления, равный осмотическому давлению раствора (\ (\ Pi_ {soln} \)), уравнивает скорость потока растворителя в обоих направлениях.(c) Приложение внешнего давления, равного осмотическому давлению исходного раствора глюкозы, к жидкости в правом плече меняет направление потока растворителя и восстанавливает исходную ситуацию.

Осмотическое давление раствора зависит от концентрации растворенных частиц растворенного вещества. Осмотическое давление подчиняется закону, напоминающему уравнение идеального газа:

\ [\ Pi = \ dfrac {nRT} {V} = MRT \ label {eq1} \]

где

  • \ (M \) — количество молей растворенного вещества на единицу объема раствора (т.е.е., молярность раствора),
  • \ (R \) — постоянная идеального газа, а
  • \ (T \) — абсолютная температура.

Как показано в примере \ (\ PageIndex {1} \), осмотическое давление имеет тенденцию быть довольно высоким даже для довольно разбавленных растворов.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): дрожжевые клетки

При помещении в концентрированный солевой раствор некоторые дрожжи способны производить высокие внутренние концентрации глицерина для противодействия осмотическому давлению окружающей среды.Предположим, что дрожжевые клетки помещены в водный раствор, содержащий 4,0% (NaCl) по массе; плотность раствора 1,02 г / мл при 25 ° C.

Рассчитайте осмотическое давление 4,0% водного раствора NaCl при 25 ° C.

Если нормальное осмотическое давление внутри дрожжевой клетки составляет 7,3 атм, что соответствует общей концентрации растворенных частиц 0,30 М, какую концентрацию глицерина должны синтезировать клетки, чтобы точно уравновесить внешнее осмотическое давление при 25 ° C?

Дано : концентрация, плотность и температура раствора \ (NaCl \); внутреннее осмотическое давление ячейки

Запрошено : осмотическое давление раствора \ (NaCl \) и необходимая концентрация глицерина

Стратегия :

  1. Рассчитайте молярность раствора \ (NaCl \), используя формулу массы растворенного вещества и плотности раствора.Затем рассчитайте общую концентрацию растворенных частиц.
  2. Используйте уравнение \ ref {eq1} для расчета осмотического давления раствора.
  3. Вычтите нормальное осмотическое давление клеток из осмотического давления солевого раствора, чтобы получить дополнительное давление, необходимое для уравновешивания двух. Используйте уравнение \ ref {eq1}, чтобы вычислить молярность глицерина, необходимую для создания этого осмотического давления.

Решение :

A Решение содержит 4.0 г \ (NaCl \) на 100 г раствора. Используя формулу массы \ (NaCl \) (58,44 г / моль) и плотности раствора (1,02 г / мл), мы можем вычислить молярность:

\ [\ begin {align} M_ {NaCl} & = \ dfrac {moles \; NaCl} {\ text {литровый раствор}} \ nonumber \\ [4pt] & = \ left (\ dfrac {4.0 \; \ cancel {g} \; NaCl} {58.44 \; \ cancel {g} / mol \; NaCl} \ right) \ left (\ dfrac {1} {100 \; \ cancel {g \; solution}} \ right) \ left (\ dfrac {1.02 \; \ cancel {g \; solution}} {1.00 \ ; \ cancel {mL} \; solution} \ right) \ left (\ dfrac {1000 \; \ cancel {mL}} {1 \; L} \ right) \ nonumber \\ [4pt] & = 0.70 \; М \; NaCl \ nonumber \ end {align} \ nonumber \]

Поскольку 1 моль \ (NaCl \) дает 2 моля частиц в растворе, общая концентрация растворенных частиц в растворе составляет (2) (0,70 М) = 1,4 М.

B Теперь мы можем использовать уравнение \ ref {eq1} для расчета осмотического давления раствора:

\ [\ begin {align *} \ Pi & = MRT \\ [4pt] & = (1,4 \; моль / л) \ left [0,0821 \; (L⋅atm) / (K⋅mol) \ right] (298 \; K) \\ [4pt] & = 34 \; atm \ end {align *} \]

° C Если дрожжевые клетки должны точно уравновешивать внешнее осмотическое давление, они должны производить достаточно глицерина, чтобы создать дополнительное внутреннее давление (34 атм — 7.3 атм) = 27 атм. Глицерин — неэлектролит, поэтому мы можем решить уравнение \ ref {eq1} для молярности, соответствующей этому осмотическому давлению:

\ [\ begin {align *} M & = \ dfrac {\ Pi} {RT} \\ [4pt] & = \ dfrac {27 \; \ cancel {atm}} {[0,0821 (L⋅ \ cancel {atm}) / (\ cancel {K} ⋅mol)] (298 \; \ cancel {K})} \\ [4pt] & = 1.1 \; M \; глицерин \ end {align *} \]

Решая эту проблему, мы могли бы также признать, что осмотическое давление внутри клеток и в растворе может быть одинаковым только в том случае, если концентрации растворенных частиц одинаковы.Нам дано, что нормальная концентрация растворенных частиц в ячейках составляет 0,3 М, и мы вычислили, что раствор \ (NaCl \) эффективно содержит 1,4 М растворенных частиц. Поэтому дрожжевые клетки должны синтезировать достаточно глицерина, чтобы увеличить внутреннюю концентрацию растворенных частиц с 0,3 М до 1,4 М, то есть дополнительную 1,1 М концентрацию глицерина.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Предположим, что жидкости внутри колбасы содержат приблизительно 0,80 M растворенных частиц из-за соли и нитрита натрия, используемых для их приготовления.Рассчитайте осмотическое давление внутри колбасы при 100 ° C, чтобы узнать, почему опытные повара прокалывают полупроницаемую кожицу сосисок перед их варкой.

Ответ : 24 атм

Из-за большой величины осмотического давления осмос чрезвычайно важен в биохимии, биологии и медицине. Практически каждый барьер, отделяющий организм или клетку от окружающей среды, действует как полупроницаемая мембрана, пропускающая воду, но не растворенные вещества.То же самое можно сказать и о компартментах внутри организма или клетки. Некоторые специализированные барьеры, например, в ваших почках, немного более проницаемы и используют связанный процесс, называемый диализом, который позволяет проходить воде и небольшим молекулам, но не большим молекулам, таким как белки.

Тот же принцип издавна используется для сохранения фруктов и их необходимых витаминов в течение долгой зимы. Высокие концентрации сахара используются в джемах и желе не только для сладости, но и потому, что они значительно увеличивают осмотическое давление.Таким образом, любые бактерии, не погибшие в процессе приготовления, обезвоживаются, что препятствует их размножению в среде, богатой для роста бактерий. Подобный процесс с использованием соли предотвращает рост бактерий в ветчине, беконе, соленой свинине, соленой треске и других мясных консервах. Эффект осмотического давления наглядно проиллюстрирован на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), который показывает, что происходит, когда эритроциты помещаются в раствор, осмотическое давление которого намного ниже или намного выше внутреннего давления клеток.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): влияние на эритроциты осмотического давления окружающего раствора. (а) Когда эритроциты помещаются в разбавленный раствор соли, имеющий такое же осмотическое давление, что и внутриклеточная жидкость, скорость потока воды в клетки и из них одинакова, и их форма не изменяется. (b) Когда клетки помещают в дистиллированную воду, осмотическое давление которой меньше, чем у внутриклеточной жидкости, скорость потока воды в клетки больше, чем скорость потока из клеток.Клетки набухают и в конечном итоге лопаются. (c) Когда клетки помещают в концентрированный солевой раствор с осмотическим давлением выше, чем у внутриклеточной жидкости, скорость потока воды из клеток больше, чем скорость потока в клетки. Клетки сморщиваются и деформируются настолько, что не могут функционировать.

В дополнение к капиллярному действию деревья используют осмотическое давление для переноса воды и других питательных веществ от корней к верхним ветвям. Испарение воды из листьев приводит к локальному увеличению концентрации соли, что создает осмотическое давление, которое подтягивает воду вверх по стволу дерева к листьям.

Наконец, для получения чистой воды из морской воды можно использовать процесс, называемый обратным осмосом. Как схематично показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), приложение высокого давления к морской воде заставляет молекулы воды проходить через полупроницаемую мембрану, которая отделяет чистую воду от раствора, оставляя растворенную соль. Крупномасштабные опреснительные установки, которые могут производить сотни тысяч галлонов пресной воды в день, распространены в пустынных землях Ближнего Востока, где они обеспечивают большую часть пресной воды, необходимой населению.Подобные объекты сейчас используются для снабжения пресной водой в южной Калифорнии. Небольшие установки обратного осмоса с ручным управлением могут производить около 5 литров пресной воды в час, чего достаточно для поддержания жизни 25 человек, и теперь они являются стандартным оборудованием спасательных шлюпок ВМС США.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Опреснение морской воды обратным осмосом. (вверху) Когда давление, прикладываемое к морской воде, равно ее осмотическому давлению (\ (\ Pi_ {soln} \)) , нет никакого чистого потока воды через полупроницаемую мембрану.(внизу) Приложение давления, превышающего осмотическое давление морской воды, заставляет молекулы воды проходить через мембрану, оставляя после себя концентрированный солевой раствор. На опреснительных установках морская вода непрерывно подается под давлением и собирается чистая вода, поэтому процесс продолжается бесконечно.

Сводка

Когда раствор и чистый растворитель разделены полупроницаемой мембраной, барьером, который позволяет молекулам растворителя, но не молекулам растворенного вещества, проходить через него, поток растворителя в противоположных направлениях неодинаков и создает осмотическое давление, которое представляет собой разницу в давлении. между двумя сторонами мембраны.Осмос — это чистый поток растворителя через такую ​​мембрану из-за различных концентраций растворенного вещества. В диализе используется полупроницаемая мембрана с порами, через которые проходят только небольшие молекулы растворенного вещества и молекулы растворителя.

Осмотическое давление

— Chemistry LibreTexts

Введение

Полупроницаемые мембраны не пропускают растворенные вещества (вспомните пример с сахаром). Растворитель переместится на более концентрированную сторону, чтобы сделать каждую сторону более похожей! Поскольку идет поток растворителей, высота каждой стороны изменяется, что составляет осмотического давления .Когда мы работаем с водными растворами, мы используем мм H 2 O, чтобы описать разницу.

Осмос — это диффузия жидкости через полупроницаемую мембрану. Когда полупроницаемая мембрана (пузыри животных, кожура фруктов и овощей) отделяет раствор от растворителя, то только молекулы растворителя могут проходить через мембрану. Осмотическое давление раствора — это разница давлений, необходимая для остановки потока растворителя через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление раствора пропорционально молярной концентрации растворенных частиц в растворе.

\ [\ Pi = i \ dfrac {n} {V} RT = i M RT \ label {eq1} \]

где

  • \ (\ Pi \) — осмотическое давление,
  • \ (R \) — постоянная идеального газа (0,0821 л атм / моль К),
  • \ (T \) — температура в Кельвинах,
  • \ (i \) — фактор Ван ‘т Гоффа
  • \ (n \) — количество присутствующих молей растворенного вещества,
  • \ (V \) — объем раствора, а
  • \ (M \) — молярная концентрация добавленного растворенного вещества (фактор \ (i \) учитывает, сколько частиц образуется в растворе)

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Рассчитайте молярность раствора сахара в воде (300 K), имеющей осмотическое давление 3.00 атм.

Ответ

Поскольку это сахар, мы знаем, что он не диссоциирует в воде, поэтому \ (i \) равно 1. {- 3} \)), то \ (i = 4 \).4 \; г / моль \)

Авторы и авторство

Осмотическое давление

: определение и формула — стенограмма видео и урока

Как рассчитывается осмотическое давление?

Осмотическое давление можно определить с помощью приведенного здесь уравнения.

Осмотическое давление зависит от концентрации и температуры.

Концентрация растворенного вещества и температура влияют на величину давления, создаваемого движением воды через мембрану.Более высокие концентрации и более высокие температуры увеличивают осмотическое давление.

Осмос также зависит от того, как растворенное вещество ведет себя в воде, и именно здесь участвует фактор Вант-Хоффа. В основном, коэффициент Вант-Гоффа для растворенного вещества определяется тем, остается ли растворенное вещество вместе или разрушается. отдельно в воде. Некоторые растворенные вещества распадаются и образуют в воде ионов и или заряженных атомов. Как показано здесь, поваренная соль NaCl будет образовывать ионы натрия (Na +) и хлора (Cl-) в воде.Фактор Вант-Гоффа для NaCl равен двум, потому что он распадается на два иона.

При помещении в воду некоторые молекулы, например сахароза, остаются вместе и не образуют ионы. Поскольку сахароза не распадается на ионы, коэффициент Вант-Хоффа для нее равен 1.

Примеры задач

Каково осмотическое давление 0,5 М раствора сахарозы при 300 К (27 ° C), когда сахароза имеет Вант-Хоффа? Фактор Хоффа 1?

Все, что вам нужно сделать, это подставить то, что вы знаете, в уравнение для определения осмотического давления, которое очень просто (пи).

  • i будет 1, поскольку сахароза не образует ионы в воде
  • M будет 0,5 моль / л, или концентрация сахарозы, которую вы используете.
  • R — постоянная идеального газа 0,08206 л атм / моль K
  • Т — 300 К
  • Поскольку все остальные единицы взаимно компенсируют друг друга, осмотическое давление измеряется в атм.

Попробуем еще. Какая концентрация NaCl необходима для того, чтобы было осмотическое давление 12.309 атм при 300К? Фактор Вант-Гоффа для NaCl равен 2.

Вы должны подставить то, что вы знаете, в уравнение, а затем решить относительно M или концентрации.

  • Pi = 12,309
  • i будет 2, поскольку NaCl образует ионы Na и Cl в воде.
  • M неизвестно
  • R — постоянная идеального газа 0,08206 л атм / моль K
  • Т — 300 К

Чтобы достичь осмотического давления 12,309, потребуется всего 0,25 М соли. Несмотря на то, что концентрация NaCl ниже при 0.25M общее количество частиц, растворенных в растворе, такое же, как и в 0,5 M растворе сахарозы. Скорость осмоса определяется общим количеством растворенных в воде частиц.

Краткое содержание урока

Осмотическое давление возникает, когда два раствора с разными концентрациями разделены мембраной. Осмотическое давление заставляет воду переходить в раствор с наивысшей концентрацией. Уравнение для осмотического давления: pi = i MRT.Чем выше концентрация (M) или температура (T) раствора, тем выше осмотическое давление.

Словарь терминов и определений осмотического давления

  • Осмос : движение воды из области с низкой концентрацией растворенного вещества в область с более высокой концентрацией растворенного вещества
  • Осмотическое давление : давление, создаваемое водой, движущейся через мембрану за счет осмоса
  • Фактор Вант-Хоффа : определяется тем, остается ли растворенное вещество вместе или распадается в воде
  • Ионы : заряженные атомы

Результаты обучения

По окончании этого урока учащиеся должны уметь:

  • Определить осмос
  • Опишите, что такое осмотическое давление
  • Объясните, как определить осмотическое давление по соответствующей формуле.

Осмос и осмотическое давление

Это упражнение вызовет дополнительные проблемы, касающиеся осмотического давления, чтобы попрактиковаться в расчетах и ​​понимании осмоса.Решения проблем включены для помощи в расчетах, если это необходимо.

Материалы

Ручка или карандаш

Бумага

Калькулятор

Вопросы

1. Определите осмотическое давление раствора, содержащего 5,0 г глюкозы в 10,0 л раствора при 24 градусах Цельсия.

2. Каково осмотическое давление 2,0 М раствора NaCl при 30 градусах Цельсия?

3. Небольшое количество (0,005 г) неизвестного белкового соединения растворяется в 10.0 мл раствора. Осмотическое давление составляет 0,05 атм при 25 градусах Цельсия. Какова молярная масса неизвестного соединения?

Решения

1.

i = 1, поскольку глюкоза останется в 1 компоненте

молярная масса глюкозы = 180,18 г / моль

Молярность глюкозы = 5 разделить на 180,18 * 10,0 = 0,003 M

R = 0,0821 л атм / К моль

Т = 24 + 273 = 297 К

Пи = 0,003 * 0,0821 * 297 * 1

2.

i = 2, поскольку Na Cl распадется на 2 компонента.

млн = 2 млн

R = 0.0821 л атм / К моль

Т = 30 + 273 = 303 К

Пи = 2 * 2 * 0,0821 * 303

Pi = 2 * 2 * 0,0821 * 303 = 99,5 атм

3.

i = 1, поскольку белок не диссоциирует

R = 0,0821 л атм / К моль

Т = 25 + 273 = 298 К

Pi = 0,05 атм

масса соединения = 0,005 г

Объем = 10/1000 = 0,010 л

молярная масса = (0,005 * 0,0821 * 298 * 1) / (0,05 * 0,010)

молярная масса = 244 г / моль

Осмотическое давление

или осмотическое всасывание?

Часто предполагалось, что открытие Вант Хоффа, что простой газовый закон PV = RT может быть применен к осмотическому давлению разбавленных растворов, оправдывает точку зрения, что осмотическое давление вызывается бомбардировкой полуфабриката. -проницаемая мембрана для молекул растворенного вещества, точно так же, как давление газа вызывается бомбардировкой сосуда, в котором он находится, быстро движущимися молекулами газа.Недавнее изложение этой точки зрения профессором Эренфестом в Трудах Амстердамской академии (том xvii., Стр. 1241–1245) вызвало ответ профессора Й. Й. ван Лаара { там же, том. xviii., pp. 184-190), которую с большим интересом прочитают все, кто видел в механизме осмоса еще более трудную проблему, чем выражение величины осмотического давления с помощью математической формулы. . Ответ профессора ван Лаара имеет исключительную ценность, поскольку он демонстрирует неадекватность газовой аналогии с термодинамической точки зрения и таким образом ставит под сомнение простую кинетическую теорию осмоса на том, что обычно считалось ее самым сильным основанием.Осмотическое давление может быть выражено, согласно Ван Лаару, уравнением, где x — это молекулярная концентрация растворенного вещества, а a — «влияющий» коэффициент, который выражает последствия взаимодействия молекул растворителя с растворенного вещества. Логарифмический член является существенной особенностью термодинамического уравнения, и он настоятельно требует, чтобы все кинетические теории, которые приводят к выражениям без логарифмического члена, должны быть отвергнуты.Это правда, что термодинамическое уравнение приводит к выражению для разбавленных растворов, которое идентично выражению Вант-Гоффа. Но на практике обнаруживается, что в более концентрированных растворах появляются гораздо меньшие отклонения, чем для неидеальных газов. Следовательно, мы можем предположить, что так называемое осмотическое давление имеет совершенно иное основание, чем то, что было предложено Вант-Хоффом при применении уравнения газа, и что здесь нет тесной связи, а есть просто аналогия. Если бы осмотическое давление на самом деле было вызвано давлением растворенного вещества, как предполагает Эренфест, возрождая старую теорию, давление молекул сахара на полупроницаемую мембрану, по мнению ван Лаара, вызвало бы обратный эффект. что действительно наблюдается.Вода не будет проходить из чистого растворителя через мембрану в раствор, создавая гидростатическое давление в осмометре; но, напротив, поступление воды внутрь должно быть остановлено, так как давление в растворе с самого начала будет больше, чем в чистой воде. В действительности осмотическое давление вызывается водой, которая проникает через полупроницаемую мембрану, создавая гидростатическое давление, которое предотвращает дальнейшее проникновение воды. Это превышение давления и есть так называемое «осмотическое давление» раствора.Вообще говоря, каждая теория, которая пытается интерпретировать осмотическое давление кинетически, должна быть основана на диффузии молекул воды по двум сторонам мембраны. Если это сделано, логарифмический член возникает сам по себе и находит место в уравнении, независимо от того, существует ли взаимодействие между растворителем или растворенным веществом или нет, то есть а-член появляется совершенно независимо от логарифмического члена. По мнению ван Лаара, кинетическая интерпретация осмотического давления, которое всегда появляется снова в новых формах, движется, и двигалась в неправильном направлении, и снова должна быть основана на простом феномене диффузии.

genchem

genchem

Осмос : два образца воды
разделены полупроницаемой мембраной. Вода течет туда-сюда,
но молекулы растворенного вещества не могут проходить через мембрану.

Если одна сторона содержит частицы растворенного вещества, то на этой стороне находятся
меньше молекул воды рядом с мембраной, а это значит, что там
меньше молекул воды проходит через мембрану. Растворитель на
сторона без частиц растворенного вещества диффундирует через мембрану больше
быстрее, чем сторона с присутствующими частицами растворенного вещества.

На рисунке слева молекулы воды могут проходить
свободно через мембрану. Поскольку такое же количество
молекулы движутся в каждом направлении, объемы не
изменять.

Теперь, когда рядом с мембраной есть частицы растворенного вещества.
меньше молекул воды проходит через
мембрана.Поскольку чем больше воды движется справа,
слева, чем слева направо, громкость увеличивается
левая сторона. Громкость продолжает увеличиваться, пока
давление, вызванное высотой столба воды
достаточно большой, чтобы уравновесить приток воды из
правая сторона.

Связь между осмотическим давлением и концентрацией составляет

Где
осмотическое давление, давление, необходимое для предотвращения потока
растворителя от одной стороны мембраны к другой, в атм, M —
концентрация раствора в молях на литр, R — универсальный
газовая постоянная 0.08206
L • атм • моль -1 • K -1 , а T —
абсолютная температура раствора.


Например,

35,0 г гемоглобина растворяют в воде, чтобы получить 1 л
решение. (Я не знаю никого, кто бы проводил этот эксперимент на таких
большой размах. Было бы разумнее сделать ок. 1 мл или меньше
раствора.) При 25 ° C осмотическое давление оказалось равным
10,0 торр. Какая молекулярная масса гемоглобина?

В 1 л раствора содержится 0.000537799 моль или 35,0 г итак …

Наше наименее точное измерение состоит из трех значащих цифр (35,0
г, 10,0 торр и 273 + 25 = 298 К), поэтому в нашем ответе может быть три
значимые фигуры.

MM = 65100 г / моль

Поскольку мы использовали более чувствительное свойство, осмотическое давление, мы
пришли к более точному определению молярной массы, чем повышение АД
или депрессия МП могла бы обеспечить. Фактически, повышение АД и МП
депрессия не действует на гемоглобин. Изменение температуры
было бы маленьким.

Какую депрессию точки замерзания можно увидеть? Поскольку
раствор настолько разбавлен, что моляльность почти такая же, как у
молярность. Итак, допустим, что m = M, или m = 0,0005378
м.

По сути, понижение точки замерзания или повышение точки кипения
не поддается измерению.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.