חישוב לחץ אוסמוטי. כיצד מחשבים לחץ אוסמוטי?

ה לחץ אוסמוטי ניתן להגדיר בקצרה את הלחץ הדרוש למניעת התרחשות אוסמוזה באופן ספונטני ב מערכת, כלומר, הממיס מתמיסה מדוללת יותר עובר למרוכז יותר דרך קרום למחצה.

אבל איך אוסמוסקופיה הוא רכוש קולקטיבי, גורם זה תלוי בכמות החלקיקים המומסים, אשר שונה עבור פתרונות מולקולריים ויוניים. לכן הדרך לחישוב הלחץ האוסמוטי (π) שונה גם בשני המקרים הללו.

תמיסות מולקולריות הן כאלו שהמומס אינו מיינן במים, כלומר אינו יוצר יונים, אך מולקולותיו פשוט נפרדות זו מזו ומומסות בתמיסה. במקרים אלה, חישוב הלחץ האוסמוטי יכול להיעשות על ידי הביטוי המתמטי הבא:

π = מ ' א. ט

M = טוחנות תמיסה (mol / L);
R = קבוע אוניברסלי של גזים מושלמים, השווה ל -0,082 אטמים. ל. mol^-1. ק^-1 או 62.3 מ"מ כספית L. mol^-1. ק^-1;
T = טמפרטורה מוחלטת, ניתנת בקלווין.

ביטוי זה הוצע על ידי המדען יעקובוס הנריקוס ואן הוף ג'וניור לאחר שצפה כי הלחץ האוסמוטי הוא בעל התנהגות דומה מאוד לזו שמוצג על ידי הגז האידיאלי. מכאן הציע ואן הוף ג'וניור דרך לקבוע את הלחץ האוסמוטי (π) באמצעות משוואת הגז האידיאלית (PV = nRT).

לדוגמא, אם נערבב סוכר עם מים, יהיה לנו תמיסה מולקולרית, מכיוון שסוכר (סוכרוז) הוא תרכובת מולקולרית שהנוסחה שלה היא C

₁₂ה₂₂או_11. המולקולות שלה מופרדות פשוט על ידי מים, מתנתקות זו מזו, נשארות שלמות ולא מחולקות.

Ç₁₂ה₂₂או_{11 (ים)}→Ç₁₂ה₂₂או_{11 (aq)}

כמות המולקולות הקיימות מחושבת באמצעות הקשר בין מספר השומות למספר האבוגדרו, כמוצג להלן:

1 שומה של C.₁₂ה₂₂או₁₁→_(ים)1 שומה שלÇ₁₂ה₂₂או_{11 (aq)}
6,0. 10²³ מולקולות→6,0. 10²³ מולקולות

שים לב שכמות המולקולות המומסות נותרה זהה לפני שהומסו במים.

לפיכך, אם ניקח בחשבון פתרון סוכרוז של 1.0 mol / L בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס (273 K), הלחץ שיש להפעיל כדי למנוע אוסמוזה של תמיסה זו צריך להיות שווה ל:

π = מ ' א. ט
π = (1.0 mol / L). (0.082 כספומט. ל. mol^-1. ק^-1). (273K)
π ≈ 22.4 כספומט

אך אם התמיסה היא יונית, כמות החלקיקים המומסים בתמיסה לא תהיה זהה לזו כמות שהוצבה בהתחלה, מכיוון שיהיה יינון או דיסוציאציה של המומס היוני עם היווצרות יונים.

לדוגמא, דמיין ש 1.0 mol של HCℓ מומס ב- 1 ליטר ממס, האם יהיה לנו ריכוז של 1 mol / L כמו מה שקרה עם סוכר? לא, מכיוון ש- HCℓ עובר יינון במים באופן הבא:

HCℓ → H⁺_(פה) + Cℓ^-_(פה)
↓ ↓ ↓
1 שומה 1 mol 1 mol
1 mol / L 2 mol / L

שים לב כי 1.0 מולקול של מומס יצר 2.0 מולקול של מומס, אשר משפיע על ריכוז התמיסה וכתוצאה מכך על ערך הלחץ האוסמוטי.

ראה דוגמה נוספת:

FeBr₃ → Fe³⁺ + 3 בר^-
↓ ↓ ↓
1 שומה 1 mol 3 mol
1 mol / L 4 mol / L

האם ראית? ריכוז הפתרונות היוניים משתנה ממומס למומס, מכיוון שכמות היונים שנוצרת שונה. לפיכך, בעת חישוב הלחץ האוסמוטי של תמיסות יוניות, יש לקחת בחשבון כמות זו.

מסיבה זו, עליך להציג גורם תיקון לכל תמיסה יונית, המכונה גורם Van't Hoff (לכבוד יוצרו) ומסומלת באות "אני”. גורם Van't Hoff (i) של פתרון HCℓ שהוזכר הוא 2 וזה של פתרון FeBr₃ é 4.

הביטוי המתמטי המשמש לחישוב הלחץ האוסמוטי של תמיסות יוניות זהה לזה המשמש לפתרונות מולקולריים בתוספת גורם Van't Hoff:

π = מ ' א. ט. אני

ראה חישוב זה לפתרונות HCℓ ו- FeBr שהוזכרו₃ באותה טמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס ובהתחשב בשני התמיסות בריכוז 1.0 מול / ליטר.

HCℓ:

π = מ ' א. ט. אני
π = (1.0 mol / L). (0.082 כספומט. ל. mol^-1. ק^-1). (273K). (2)
π ≈ 44.8 כספומט

FeBr₃:

π = מ ' א. ט. אני
π = (1.0 mol / L). (0.082 כספומט. ל. mol^-1. ק^-1). (273K). (4)
π ≈ 89.6 כספומט

חישובים אלה מראים כי, ככל שריכוז התמיסה גדול יותר, כך הלחץ האוסמוטי גדול יותר.זה הגיוני מכיוון שהנטייה לאוסמוזה להתרחש תהיה גדולה יותר ונצטרך גם להפעיל לחץ גדול יותר כדי להיות מסוגלים לעצור אותה.

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-pressao-osmotica.htm