Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Осмотическое (гидростатическое) давление
- Отношение осмотического давления к концентрации растворенного вещества
- Проверь это сам
Осмос - это процесс, который происходит между двумя контейнерами, разделенными полупроницаемым барьером. Если барьер имеет поры, достаточно большие, чтобы позволить молекулам воды проходить, но достаточно малые, чтобы блокировать молекулы растворенного вещества, вода будет течь со стороны с меньшей концентрацией растворенного вещества в сторону с большей концентрацией. Этот процесс продолжается до тех пор, пока либо концентрация растворенного вещества не станет равной с обеих сторон, либо изменение объема, стойкого к давлению, на стороне с большей концентрацией не превысит силу, направляющую воду через барьер. Это давление является осмотическим или гидростатическим давлением, и оно напрямую зависит от разницы в концентрации растворенного вещества между двумя сторонами.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Осмотическое давление, проталкивающее воду через непроницаемый барьер, увеличивается с разницей концентраций растворенного вещества по обе стороны от барьера. В растворе с более чем одним растворенным веществом суммируйте концентрации всех растворенных веществ, чтобы определить общую концентрацию растворенного вещества. Осмотическое давление зависит только от количества растворенных частиц, а не от их состава.
Осмотическое (гидростатическое) давление
Фактический микроскопический процесс, который управляет осмосом, немного загадочен, но ученые описывают это следующим образом: молекулы воды находятся в состоянии постоянного движения, и они свободно перемещаются по неограниченному контейнеру, чтобы выровнять их концентрацию. Если вы вставите барьер в контейнер, через который они могут пройти, они это сделают. Однако, если одна сторона барьера содержит раствор с частицами, слишком большими, чтобы пройти через барьер, молекулы воды, проходящие с другой стороны, должны разделять пространство с ними. Объем на стороне с растворенным веществом увеличивается, пока число молекул воды с обеих сторон не станет равным.
Увеличение концентрации растворенного вещества уменьшает пространство, доступное для молекул воды, что уменьшает их количество. Это, в свою очередь, увеличивает склонность воды течь в эту сторону с другой стороны. Чтобы слегка антропоморфизировать, чем больше разница в концентрации молекул воды, тем больше они «хотят» переместиться через барьер в сторону, содержащую растворенное вещество.
Ученые называют это жаждой осмотическим давлением или гидростатическим давлением, и это измеримая величина. Поставьте крышку на жесткий контейнер, чтобы предотвратить изменение объема, и измерьте давление, необходимое для предотвращения подъема воды, пока вы измеряете концентрацию раствора на стороне с наибольшим количеством растворенного вещества. Когда дальнейшее изменение концентрации не происходит, давление, которое вы оказываете на крышку, является осмотическим давлением, если предположить, что концентрации на обеих сторонах не уравновешены.
Отношение осмотического давления к концентрации растворенного вещества
В большинстве реальных ситуаций, таких как корни, отбирающие влагу из земли или клетки, обменивающиеся жидкостями с окружающей средой, определенная концентрация растворенных веществ существует с обеих сторон полупроницаемого барьера, такого как корень или клеточная стенка. Осмос происходит, пока концентрации различны, а осмотическое давление прямо пропорционально разности концентраций. В математическом плане:
P = RT (∆C)
где T - температура в Кельвинах, ∆C - разница концентраций, а R - постоянная идеального газа.
Осмотическое давление не зависит от размера растворенных молекул или их состава. Это зависит только от того, сколько их. Таким образом, если в растворе присутствует более одного растворенного вещества, осмотическое давление равно:
P = RT (C1 + C2 + ... CN)
где С1 это концентрация растворенного вещества и так далее.
Проверь это сам
Легко получить быстрое представление о влиянии концентрации на осмотическое давление. Смешайте столовую ложку соли в стакане воды и положите в морковь. Вода будет вытекать из моркови в соленую воду путем осмоса, и морковь будет высыхать. Теперь увеличьте концентрацию соли до двух или трех столовых ложек и запишите, насколько быстрее и полностью посыпается морковь.
Вода в моркови содержит соль и другие растворенные вещества, поэтому, если погрузить ее в дистиллированную воду, произойдет обратное: морковь набухнет. Добавьте небольшое количество соли и запишите, сколько времени требуется, чтобы морковь набухла или набухла до того же размера. Если морковь не набухает и не высыхает, вам удалось приготовить раствор с такой же концентрацией соли, что и у моркови.