Výpočet osmotického tlaku. Jak vypočítat osmotický tlak?

THE Osmotický tlak lze stručně definovat jako tlak nutný k prevenci spontánního výskytu osmózy v a systém, to znamená, že rozpouštědlo z více zředěného roztoku prochází přes membránu do koncentrovanějšího polopropustný.

Ale jak osmóza je společné vlastnictví, tento faktor závisí na množství rozpuštěných částic, které je odlišné pro molekulární a iontové roztoky. Proto je způsob výpočtu osmotického tlaku (π) pro tyto dva případy také odlišný.

Molekulární roztoky jsou ty, ve kterých rozpuštěná látka neionizuje ve vodě, to znamená, že netvoří ionty, ale její molekuly se od sebe jednoduše oddělují a jsou v roztoku rozpuštěny. V těchto případech lze výpočet osmotického tlaku provést pomocí následujícího matematického výrazu:

π = M. A. T

M = molarita roztoku (mol / L);
R = univerzální konstanta dokonalých plynů, která se rovná 0,082 atm. L. mol^-1. K.^-1 nebo 62,3 mm Hg L. mol^-1. K.^-1;
T = absolutní teplota, udávaná v Kelvinech.

Tento výraz navrhl vědec Jacobus Henricus Van 't Hoff Junior poté, co zjistil, že osmotický tlak má chování velmi podobné tomu, které ukazuje ideální plyn. Z toho Van 't Hoff Júnior navrhl způsob, jak určit osmotický tlak (π) pomocí rovnice ideálního plynu (PV = nRT).

Například pokud smícháme cukr s vodou, budeme mít molekulární roztok, protože cukr (sacharóza) je molekulární sloučenina, jejíž vzorec je C₁₂H₂₂Ó_11. Jeho molekuly jsou jednoduše odděleny vodou, oddělují se od sebe, zůstávají celé a nerozdělené.

C₁₂H₂₂Ó_{11 (s)}→C₁₂H₂₂Ó_{11 (aq)}

Množství přítomných molekul se vypočítá ze vztahu mezi počtem krtků a počtem Avogadra, jak je uvedeno níže:

1 mol C.₁₂H₂₂Ó₁₁→_(s)1 krtekC₁₂H₂₂Ó_{11 (aq)}
6,0. 10²³ molekuly→6,0. 10²³ molekuly

Všimněte si, že množství rozpuštěných molekul zůstává stejné jako předtím, než byly rozpuštěny ve vodě.

Pokud tedy vezmeme v úvahu roztok sacharózy 1,0 mol / l při teplotě 0 ° C (273 K), měl by být tlak, který musí být vyvíjen, aby se zabránilo osmóze tohoto roztoku, roven:

π = M. A. T
π = (1,0 mol / l). (0,082 atm.) L. mol^-1. K.^-1). (273 tis.)
π ≈ 22,4 atm

Pokud je však roztok iontový, nebude množství částic rozpuštěných v roztoku stejné jako množství umístěné na začátku, protože dojde k ionizaci nebo disociaci iontové látky s tvorbou ionty.

Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)

Představte si například, že 1,0 mol HCℓ je rozpuštěn v 1 litru rozpouštědla, budeme mít koncentraci 1 mol / l jako to, co se stalo s cukrem? Ne, protože HCℓ podléhá ionizaci ve vodě následovně:

HCℓ → H⁺_(tady) + Cℓ^-_(tady)
↓ ↓ ↓
1 mol 1 mol 1 mol
1 mol / l 2 mol / l

Všimněte si, že 1,0 mol rozpuštěné látky vytvořil 2,0 mol rozpuštěné látky, což ovlivňuje koncentraci roztoku a následně hodnotu osmotického tlaku.

Viz další příklad:

FeBr₃ → Fe³⁺ + 3 br^-
↓ ↓ ↓
1 mol 1 mol 3 mol
1 mol / l 4 mol / l

Viděl jsi? Koncentrace iontových roztoků se liší od rozpuštěné látky k rozpuštěné látce, protože množství generovaných iontů je odlišné. Při výpočtu osmotického tlaku iontových roztoků je tedy třeba brát v úvahu toto množství.

Z tohoto důvodu musíte zavést korekční faktor pro každý iontový roztok, který se nazývá Van't Hoffův faktor (na počest jeho tvůrce) a je symbolizován písmenem „i”. Van't Hoffův faktor (i) uvedeného roztoku HCℓ je 2 a faktoru FeBr₃ é 4.

Matematický výraz použitý k výpočtu osmotického tlaku iontových roztoků je stejný jako u molekulárních roztoků plus Van't Hoffův faktor:

π = M. A. T. i

Viz tento výpočet pro uvedená řešení HCℓ a FeBr₃ při stejné teplotě 0 ° C a vzhledem k tomu, že oba roztoky mají koncentraci 1,0 mol / l.

HCℓ:

π = M. A. T. i
π = (1,0 mol / l). (0,082 atm.) L. mol^-1. K.^-1). (273 tis.) (2)
π ≈ 44,8 atm

FeBr₃:

π = M. A. T. i
π = (1,0 mol / l). (0,082 atm.) L. mol^-1. K.^-1). (273 tis.) (4)
π ≈ 89,6 atm

Tyto výpočty ukazují, že čím větší je koncentrace roztoku, tím větší je osmotický tlak.To dává smysl, protože tendence k osmóze bude větší a budeme také muset vyvíjet větší tlak, abychom ji dokázali zastavit.

Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii