Obliczanie ciśnienia osmotycznego. Jak obliczyć ciśnienie osmotyczne?

TEN Ciśnienie osmotyczne można pokrótce zdefiniować jako ciśnienie niezbędne do zapobieżenia samoistnemu wystąpieniu osmozy w a to znaczy, że rozpuszczalnik z bardziej rozcieńczonego roztworu przechodzi do bardziej stężonego przez membranę półprzepuszczalny.

Ale jak? osmoskopia jest własność zbiorowaczynnik ten zależy od ilości rozpuszczonych cząstek, która jest inna dla roztworów molekularnych i jonowych. Dlatego sposób obliczania ciśnienia osmotycznego (π) jest również inny dla tych dwóch przypadków.

Roztwory molekularne to takie, w których substancja rozpuszczona nie jonizuje się w wodzie, to znaczy nie tworzy jonów, ale jej cząsteczki po prostu oddzielają się od siebie i rozpuszczają się w roztworze. W takich przypadkach ciśnienie osmotyczne można obliczyć za pomocą następującego wyrażenia matematycznego:

π = M. ZA. T

M = molarność roztworu (mol/l);
R = uniwersalna stała gazów doskonałych równa 0,082 atm. L. molo^-1. K^-1 lub 62,3 mm Hg L. molo^-1. K^-1;
T = temperatura bezwzględna podana w kelwinach.

Wyrażenie to zostało zaproponowane przez naukowca Jacobusa Henricusa Van 't Hoff Juniora po tym, jak zaobserwował, że ciśnienie osmotyczne zachowuje się bardzo podobnie do gazu doskonałego. Na tej podstawie Van 't Hoff Júnior zaproponował sposób wyznaczenia ciśnienia osmotycznego (π) za pomocą równania gazu doskonałego (PV = nRT).

Na przykład, jeśli zmieszamy cukier z wodą, będziemy mieli roztwór molekularny, ponieważ cukier (sacharoza) jest związkiem molekularnym, którego wzór to C₁₂H₂₂O_11. Jego cząsteczki są po prostu oddzielone wodą, odrywając się od siebie, pozostając w całości i niepodzielnie.

DO₁₂H₂₂O_11(e)→DO₁₂H₂₂O_11(aq)

Ilość obecnych cząsteczek jest obliczana na podstawie relacji między liczbą moli a liczbą Avogadro, jak pokazano poniżej:

1 mol C₁₂H₂₂O₁₁→_(y)1 molDO₁₂H₂₂O_11(aq)
6,0. 10²³ molekuły→6,0. 10²³ molekuły

Zauważ, że ilość rozpuszczonych cząsteczek pozostaje taka sama jak przed rozpuszczeniem w wodzie.

Tak więc, jeśli weźmiemy pod uwagę roztwór sacharozy o stężeniu 1,0 mol/L w temperaturze 0°C (273 K), ciśnienie, które należy wywrzeć, aby zapobiec osmozie tego roztworu powinno być równe:

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

Ale jeśli roztwór jest jonowy, ilość cząstek rozpuszczonych w roztworze nie będzie taka sama jak ilość umieszczona na początku, ponieważ nastąpi dysocjacja jonowa lub jonizacja substancji rozpuszczonej z utworzeniem jony.

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Na przykład wyobraź sobie, że 1,0 mol HCℓ jest rozpuszczony w 1 litrze rozpuszczalnika, czy będziemy mieć stężenie 1 mol/l, jak to się stało z cukrem? Nie, ponieważ HCℓ ulega jonizacji w wodzie w następujący sposób:

OGℓ → H⁺_(tutaj) + Cℓ^-_(tutaj)
↓ ↓ ↓
1 kret 1 mol 1 mol
1 mol/L 2 mol/L

Należy zauważyć, że 1,0 mol substancji rozpuszczonej utworzył 2,0 mol substancji rozpuszczonej, co wpływa na stężenie roztworu, a w konsekwencji na wartość ciśnienia osmotycznego.

Zobacz inny przykład:

Luty₃ → Fe³⁺ + 3 Br^-
↓ ↓ ↓
1 kret 1 mol 3 mol
1 mol/L 4 mol/L

Widziałeś? Stężenie roztworów jonowych różni się w zależności od substancji rozpuszczonej, ponieważ ilość generowanych jonów jest różna. Dlatego przy obliczaniu ciśnienia osmotycznego roztworów jonowych należy uwzględnić tę wielkość.

Z tego powodu należy wprowadzić współczynnik korygujący dla każdego roztworu jonowego, który nazywa się Współczynnik Van’t Hoffa (na cześć jej twórcy) i jest symbolizowana przez literę „ja”. Współczynnik Van’t Hoffa (i) wspomnianego rozwiązania HC solução wynosi 2, a rozwiązania FeBr₃ é 4.

Wyrażenie matematyczne używane do obliczenia ciśnienia osmotycznego roztworów jonowych jest takie samo, jak w przypadku roztworów molekularnych plus współczynnik Van't Hoffa:

π = M. ZA. T. ja

Zobacz to obliczenie dla wspomnianych roztworów HCℓ i FeBr₃ w tej samej temperaturze 0ºC i biorąc pod uwagę, że oba roztwory mają stężenie 1,0 mol/L.

HCℓ:

π = M. ZA. T. ja
π = (1,0 mol/L). (0,082 atm. L. molo^-1. K^-1). (273 tys.). (2)
π ≈ 44,8 atm

Luty₃:

π = M. ZA. T. ja
π = (1,0 mol/L). (0,082 atm. L. molo^-1. K^-1). (273 tys.). (4)
π ≈ 89,6 atm

Obliczenia te pokazują, że im większe stężenie roztworu, tym większe ciśnienie osmotyczne.Ma to sens, ponieważ tendencja do występowania osmozy będzie większa i będziemy musieli również zastosować większy nacisk, aby móc ją zatrzymać.

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii