Як концентрація розчину впливає на осмос?

Зміст

• TL; DR (Занадто довго; Не читав)
• Осмотичний (гідростатичний) тиск
• Відношення осмотичного тиску до концентрації розчину
• Перевірте це сам

Осмоз - це процес, який відбувається між двома контейнерами, розділеними напівпроникним бар'єром. Якщо бар'єр має пори досить великі, щоб молекули води могли проходити, але досить малі, щоб перекрити молекули розчиненого речовини, вода буде стікати з боку з меншою концентрацією розчиненого речовини в бік з більшою концентрацією. Цей процес триває до тих пір, поки або концентрація розчиненого речовини не буде рівною з обох сторін, або зміна об'єму тиску на стороні з більшою концентрацією перевищить силу, що рухає воду через бар'єр. Цей тиск є осмотичним чи гідростатичним тиском, і воно змінюється безпосередньо з різницею концентрації розчинених речовин між двома сторонами.

TL; DR (Занадто довго; Не читав)

Осмотичний тиск, що рухає воду через непроникний бар'єр, збільшується з різницею концентрацій розчинених речовин з обох боків бар'єру. У розчині, що містить більше одного розчиненого речовини, підсумовують концентрації всіх розчинних речовин, щоб визначити загальну концентрацію розчиненого речовини. Осмотичний тиск залежить лише від кількості розчинених частинок, а не від їх складу.

Осмотичний (гідростатичний) тиск

Справжній мікроскопічний процес, що призводить до осмосу, трохи загадковий, але вчені описують це так: Молекули води - це стан постійного руху, і вони вільно мігрують через необмежений контейнер, щоб вирівняти їх концентрацію. Якщо ви вставите бар'єр у контейнер, через який вони можуть пройти, вони це зроблять. Однак якщо одна сторона бар'єру містить розчин з частинками, занадто великими, щоб потрапити через бар'єр, молекули води, що проходять через іншу сторону, повинні ділити з ними простір. Об'єм на боці з розчиненою речовиною збільшується до тих пір, поки кількість молекул води з обох сторін не дорівнює.

Підвищення концентрації розчиненого речовини зменшує простір, доступний для молекул води, що зменшує їх кількість. Це в свою чергу збільшує схильність води, що стікає в цю сторону з іншого боку. Щоб трохи антропоморфізувати, чим більша різниця концентрацій молекул води, тим більше вони "хочуть" перейти через бар'єр у бік, що містить розчинний розчин.

Вчені називають цю тягу осмотичним тиском або гідростатичним тиском, а також його вимірюваною кількістю. Поставте кришку на жорстку ємність, щоб запобігти зміні обсягу, і виміряйте тиск, необхідний для того, щоб вода не піднімалася, поки ви вимірюєте концентрацію розчину на боці з найбільшою кількістю розчину. Коли не відбувається подальшої зміни концентрації, тиск, який ти чиниш на кришку, - це осмотичний тиск, припускаючи, що концентрації з обох сторін не вирівнюються.

Відношення осмотичного тиску до концентрації розчину

У більшості реальних ситуацій, таких як коріння, що відводять вологу з землі або клітини, що обмінюються рідинами з оточенням, певна концентрація розчинних речовин існує з обох боків напівпроникного бар'єру, наприклад, кореневої або клітинної стінки. Осмоз виникає до тих пір, поки концентрації різні, а осмотичний тиск прямо пропорційний різниці концентрацій. Математично:

P = RT (∆C)

де T - температура в кельвінах, ∆C - різниця концентрацій, а R - ідеальна константа газу.

Осмотичний тиск не залежить від розміру молекул розчинника або їх складу. Це залежить лише від того, скільки їх є. Таким чином, якщо в розчині присутній більше одного розчинника, осмотичний тиск становить:

P = RT (C₁ + С₂ + ... С_н)

де С₁ - концентрація розчиненої речовини тощо.

Перевірте це сам

Легко отримати швидке уявлення про вплив концентрації на осмотичний тиск. Змішайте столову ложку солі в склянці води і покладіть в моркву. Вода буде витікати з моркви в солону воду осмосом, і морква зморщиться. Тепер збільште концентрацію солі до двох-трьох столових ложок і запишіть, як набагато швидше і повністю морква зморщується.

Вода в моркві містить сіль та інші розчинники, тому зворотне станеться, якщо занурити її в дистильовану воду: Морква набухне. Додайте невелику кількість солі і запишіть, скільки менше часу потрібно, щоб морква розбухла або набухала вона однакового розміру. Якщо морква не набухає і не збивається, вам вдалося зробити розчин, який має таку ж концентрацію солі, що і морква.