Beregning af osmotisk tryk. Hvordan beregnes osmotisk tryk?

DET Osmotisk tryk kan kort defineres som det tryk, der er nødvendigt for at forhindre, at osmose optræder spontant i en system, dvs. at opløsningsmidlet fra en mere fortyndet opløsning passerer til en mere koncentreret gennem en membran semipermeable.

Men hvordan osmoskopi er kollektiv ejendom, afhænger denne faktor af mængden af ​​opløste partikler, som er forskellig for molekylære og ioniske opløsninger. Derfor er måden til beregning af det osmotiske tryk (π) også forskellig for disse to tilfælde.

Molekylære opløsninger er dem, hvor det opløste stof ikke ioniserer i vand, det vil sige, det danner ikke ioner, men dets molekyler adskilles simpelthen fra hinanden og opløses i opløsningen. I disse tilfælde kan beregningen af ​​det osmotiske tryk udføres ved hjælp af følgende matematiske udtryk:

π = M. EN. T

M = opløsningens molaritet (mol / L);
R = universel konstant af perfekte gasser, hvilket svarer til 0,082 atm. L. mol^-1. K^-1 eller 62,3 mm Hg L. mol^-1. K^-1;
T = absolut temperatur, angivet i Kelvin.

Dette udtryk blev foreslået af videnskabsmanden Jacobus Henricus Van 't Hoff Junior, efter at han observerede, at det osmotiske tryk har en opførsel, der ligner den, der er vist med den ideelle gas. Fra dette foreslog Van 't Hoff Júnior en måde at bestemme det osmotiske tryk (π) gennem den ideelle gasligning (PV = nRT).

For eksempel, hvis vi blander sukker med vand, har vi en molekylær opløsning, fordi sukker (saccharose) er en molekylær forbindelse, hvis formel er C₁₂H₂₂O_11. Dens molekyler adskilles simpelthen af ​​vand, der bryder væk fra hinanden, forbliver hele og ude.

Ç₁₂H₂₂O_{11 (s)}→Ç₁₂H₂₂O_{11 (aq)}

Mængden af ​​tilstedeværende molekyler beregnes gennem forholdet mellem antallet af mol og antallet af Avogadro som vist nedenfor:

1 mol C₁₂H₂₂O₁₁→_(s)1 molÇ₁₂H₂₂O_{11 (aq)}
6,0. 10²³ molekyler→6,0. 10²³ molekyler

Bemærk, at mængden af ​​opløste molekyler forbliver den samme som før de blev opløst i vand.

Således, hvis vi betragter en 1,0 mol / L saccharoseopløsning ved en temperatur på 0 ° C (273 K), skal det tryk, der skal udøves for at forhindre osmose af denne opløsning, være lig med:

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

Men hvis opløsningen er ionisk, vil mængden af ​​partikler opløst i opløsningen ikke være den samme som mængde placeret i begyndelsen, da der vil være en ionisering eller dissociation af den ioniske opløsningsmiddel med dannelse af ioner.

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)

Forestil dig for eksempel, at 1,0 mol HCℓ er opløst i 1 L opløsningsmiddel, vil vi have en koncentration på 1 mol / L, ligesom hvad der skete med sukker? Nej, fordi HC2 gennemgår ionisering i vand som følger:

HC2 → H⁺_(her) + Cℓ^-_(her)
↓ ↓ ↓
1 mol 1 mol 1 mol
1 mol / l 2 mol / l

Bemærk, at 1,0 mol opløst stof dannede 2,0 mol opløst stof, hvilket påvirker opløsningskoncentrationen og følgelig værdien af ​​det osmotiske tryk.

Se et andet eksempel:

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

Så du? Koncentrationen af ​​ioniske opløsninger varierer fra opløst stof til opløst stof, da mængden af ​​genererede ioner er forskellig. Når man beregner det osmotiske tryk af ioniske opløsninger, skal denne mængde således tages i betragtning.

Af denne grund skal du indføre en korrektionsfaktor for hver ionisk opløsning, der kaldes Van't Hoff-faktor (til ære for sin skaber) og symboliseres med bogstavet "jeg”. Van't Hoff-faktoren (i) for den nævnte HC2-opløsning er 2 og den for FeBr-opløsningen₃ é 4.

Det matematiske udtryk, der bruges til at beregne det osmotiske tryk af ioniske opløsninger, er det samme som det, der anvendes til molekylære opløsninger plus Van't Hoff-faktoren:

π = M. EN. T. jeg

Se denne beregning for de nævnte HCℓ- og FeBr-løsninger₃ ved den samme temperatur på 0 ° C og i betragtning af at begge opløsninger har en koncentration på 1,0 mol / L.

HC2:

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

FeBr₃:

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

Disse beregninger viser, jo større koncentrationen af ​​opløsningen er, desto større er det osmotiske tryk.Dette giver mening, fordi tendensen til, at osmose opstår, vil være større, og vi bliver også nødt til at anvende større pres for at kunne stoppe det.

Af Jennifer Fogaça
Uddannet i kemi