การคำนวณแรงดันออสโมติก วิธีการคำนวณแรงดันออสโมติก?

THE แรงดันออสโมซิส สามารถกำหนดสั้น ๆ ว่าเป็นความดันที่จำเป็นในการป้องกันไม่ให้ออสโมซิสเกิดขึ้นเองใน a ระบบ นั่นคือ ตัวทำละลายจากสารละลายที่เจือจางกว่าผ่านไปยังตัวทำละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่าผ่านเมมเบรน ซึมผ่านได้

แต่ทำอย่างไร ออสโมสโคป คือ กรรมสิทธิ์ร่วมกันปัจจัยนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของอนุภาคที่ละลายน้ำ ซึ่งแตกต่างกันสำหรับสารละลายโมเลกุลและไอออนิก ดังนั้น วิธีการคำนวณแรงดันออสโมติก (π) จึงแตกต่างกันสำหรับสองกรณีนี้

สารละลายระดับโมเลกุลคือสิ่งที่ตัวถูกละลายไม่แตกตัวเป็นไอออนในน้ำ กล่าวคือ มันไม่ก่อให้เกิดไอออน แต่โมเลกุลของมันถูกแยกออกจากกันและละลายในสารละลาย ในกรณีเหล่านี้ การคำนวณแรงดันออสโมติกสามารถทำได้โดยใช้นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้:

π = ม. ก. ตู่

M = สารละลายโมลาริตี (mol/L);
R = ค่าคงที่สากลของก๊าซสมบูรณ์ซึ่งเท่ากับ 0.082 atm ล. โมล^-1. K^-1 หรือ 62.3 มม. ปรอท L. โมล^-1. K^-1;
T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ กำหนดเป็นเคลวิน

สำนวนนี้เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ Jacobus Henricus Van 't Hoff Junior หลังจากที่เขาสังเกตเห็นว่าแรงดันออสโมติกมีพฤติกรรมคล้ายกับที่แสดงโดยก๊าซในอุดมคติ จากนี้ Van 't Hoff Júnior ได้เสนอวิธีหาความดันออสโมติก (π) ผ่านสมการก๊าซในอุดมคติ (PV = nRT)

เช่น ถ้าเราผสมน้ำตาลกับน้ำ เราก็จะได้สารละลายโมเลกุล เพราะน้ำตาล (ซูโครส) เป็นสารประกอบโมเลกุลที่มีสูตรคือ C₁₂โฮ₂₂อู๋_11. โมเลกุลของมันถูกแยกจากกันโดยน้ำ แยกออกจากกัน เหลือทั้งหมดและไม่มีการแบ่งแยก

ค₁₂โฮ₂₂อู๋_11(s)→ค₁₂โฮ₂₂อู๋_11(aq)

ปริมาณโมเลกุลที่มีอยู่คำนวณจากความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมลกับจำนวนของอะโวกาโดรดังที่แสดงด้านล่าง:

C. 1 โมล₁₂โฮ₂₂อู๋₁₁→_(ส)1 โมลของค₁₂โฮ₂₂อู๋_11(aq)
6,0. 10²³ โมเลกุล→6,0. 10²³ โมเลกุล

โปรดทราบว่าปริมาณโมเลกุลที่ละลายได้ยังคงเท่าเดิมก่อนที่จะถูกละลายในน้ำ

ดังนั้น หากเราพิจารณาสารละลายซูโครส 1.0 โมล/ลิตรที่อุณหภูมิ 0°C (273 K) ความดันที่ต้องใช้เพื่อป้องกันการดูดซึมของสารละลายนี้ควรเท่ากับ:

π = ม. ก. ตู่
π = (1.0 โมล/ลิตร) (0.082 ตู้เอทีเอ็ม ล. โมล^-1. K^-1). (273K)
π ≈ 22.4 atm

แต่ถ้าสารละลายเป็นไอออนิก ปริมาณของอนุภาคที่ละลายในสารละลายจะไม่เท่ากับ ปริมาณที่วางไว้ที่จุดเริ่มต้น เนื่องจากจะมีการแตกตัวเป็นไอออนหรือการแยกตัวของตัวถูกละลายไอออนด้วยการก่อตัวของ ไอออน

ตัวอย่างเช่น สมมติว่า HCℓ 1.0 โมลละลายในตัวทำละลาย 1 ลิตร เราจะมีความเข้มข้น 1 โมล/ลิตร เหมือนที่เกิดขึ้นกับน้ำตาลหรือไม่ ไม่ได้ เนื่องจากHCℓผ่านการแตกตัวเป็นไอออนในน้ำดังนี้:

HCℓ → H⁺_{(ที่นี่)} + Cℓ^-_{(ที่นี่)}
↓ ↓ ↓
1 โมล 1 โมล 1 โมล
1 โมล/ลิตร 2 โมล/ลิตร

สังเกตว่า 1.0 โมลของตัวถูกละลายเกิด 2.0 โมลของตัวถูกละลาย ซึ่งส่งผลต่อความเข้มข้นของสารละลายและด้วยเหตุนี้ ค่าของแรงดันออสโมติก

ดูตัวอย่างอื่น:

กุมภาพันธ์₃ → เฟ³⁺ + 3 ห้องนอน^-
↓ ↓ ↓
1 โมล 1 โมล 3 โมล
1 โมล/ลิตร 4 โมล/ลิตร

คุณเห็นไหม? ความเข้มข้นของสารละลายไอออนิกแตกต่างกันไปตั้งแต่ตัวถูกละลายไปจนถึงตัวถูกละลาย เนื่องจากปริมาณของไอออนที่สร้างขึ้นนั้นแตกต่างกัน ดังนั้นเมื่อคำนวณแรงดันออสโมติกของสารละลายไอออนิก จะต้องคำนึงถึงจำนวนนี้ด้วย

ด้วยเหตุนี้ คุณต้องแนะนำตัวประกอบการแก้ไขสำหรับสารละลายไอออนิกแต่ละตัว ซึ่งเรียกว่า Van't Hoff factor (เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้สร้าง) และเป็นสัญลักษณ์ของตัวอักษร “ผม”. ปัจจัย Van't Hoff (i) ของสารละลาย HC mentioned ที่กล่าวถึงคือ 2 และของสารละลาย FeBr₃ é 4.

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการคำนวณแรงดันออสโมติกของสารละลายไอออนิกจะเหมือนกับที่ใช้สำหรับการแก้ปัญหาระดับโมเลกุลบวกกับปัจจัย Van't Hoff:

π = ม. ก. ต. ผม

ดูการคำนวณนี้สำหรับโซลูชันHCℓและFeBrที่กล่าวถึง₃ ที่อุณหภูมิ 0ºC เท่ากัน และเมื่อพิจารณาว่าสารละลายทั้งสองมีความเข้มข้น 1.0 โมล/ลิตร

HCℓ:

π = ม. ก. ต. ผม
π = (1.0 โมล/ลิตร) (0.082 ตู้เอทีเอ็ม ล. โมล^-1. K^-1). (273K) (2)
π ≈ 44.8 atm

กุมภาพันธ์₃:

π = ม. ก. ต. ผม
π = (1.0 โมล/ลิตร) (0.082 ตู้เอทีเอ็ม ล. โมล^-1. K^-1). (273K) (4)
π ≈ 89.6 ตู้เอทีเอ็ม

การคำนวณเหล่านี้แสดงให้เห็นว่า ยิ่งความเข้มข้นของสารละลายมากเท่าใด แรงดันออสโมติกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นเรื่องนี้สมเหตุสมผลเพราะแนวโน้มที่ออสโมซิสจะเกิดขึ้นจะมีมากขึ้น และเราจะต้องออกแรงกดมากขึ้นเพื่อจะหยุดมันได้

โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-pressao-osmotica.htm