Осмос. Осмотичний тиск

Осмос (рос. осмос, англ. osmosis, нім. Osmose f) — спонтанний перехід, однобічна дифузія через напівпроникну перегородку (мембрану), яка відокремлює розчин від чистого розчинника або розчину меншої концентрації. Обумовлений прагненням системи до термодинамічної рівноваги і вирівнювання концентрацій розчину по обидві сторони мембрани. Характеризується осмотичним тиском, що дорівнює надлишковому зовнішньому тискові, який треба прикласти з боку розчину, щоб припинити осмос. Відіграє важливу роль у фізіологічних процесах, використовується при вивченні полімерів, біологічних структур.  

Осмометрія (рос. осмометрия, англ. osmometry, нім. Osmometrie f) – метод дослідження речовин, оснований на вимірюванні осмотичного тиску їх розчинів або рідких колоїдних систем. О. здійснюється для визначення молекулярних мас різних сполук.  

 

Механізм виникнення осмотичного тиску при наявності напівпроникної мембрани: молекули розчинника (сірі кола) надходять в більш концентрований розчин (де їхня кількість менша) намагаючись вирівяти концентрацію, з менш концентрованого через мембрану, яка не пропускає молекули розчиненої речовини (червоні кола)

Осмотичний тиск (або дифузний тиск) - термодинамічний параметр, що характеризує прагнення розчину понизити свою концентрацію при зіткненні з чистим розчинником внаслідок зустрічної дифузії молекул розчинника та розчиненої речовини

Якщо розчин відділений від чистого розчинника напівпроникною мембраною, то можлива лише одностороння дифузія - осмотичне всмоктування розчинника через мембрану в розчин. У цьому випадку осмотичний тиск стає доступною для прямого вимірювання величиною, що дорівнює надлишковому тиску, що треба прикласти з боку розчину для вирівнювання кількості розчинника з обох боків напівпроникної мембрани при осмотичній рівновазі. Осмотичний тиск обумовлений зниженням хімічного потенціалу розчинника в присутності розчиненої речовини.

Тенденція системи вирівнювати хімічні потенціали у всіх частинах свого об'єму та переходити до стану з нижчим рівнем вільної енергії викликає осмотичний (дифузійний) перенос речовин.

Осмотичний тиск в ідеальних та сильно розбавлених розчинах не залежить від природи розчинника та розчинених речовин; при постійній температурі він визначається тільки числом "кінетичних елементів" - іонів, молекул, асоціатів або колоїдних часток - в одиниці об'єму розчину.

Перші виміри осмотичного тиску провів В. Пфефер у 1877 році, досліджуючи водні розчини очеретяного цукру. Його дані дозволили Я. Х. Вант-Гоффу встановити (у 1887 р. ) залежність осмотичного тиску від концентрації розчиненої речовини, яка співпадає по формі з законом Бойля-Маріотта для ідеальних газів. Виявилось, що осмотичний тиск чисельно дорівнює тиску, який би завдавала розчинена речовина, якщо б вона при даній температурі знаходилось в стані ідеального газу та займала об'єм, що дорівнює об'єму розчину.

Для дуже розбавлених розчинів недисоціюючих речовин знайдена закономірність з достатньою точністю описується рівнянням:

 

де - число молей речовини в розчині об'єму V; R - універсальна газова стала; Т - абсолютна температура (в Кельвінах), p - величина осмотичного тиску.

У випадку дисоціації речовини в розчині на іони в праву частину рівняння вводиться множник і > 1, що називається коефіцієнтом Вант-Гоффа і віддзеркалює кількість кінетично-активних елементів в розчині; при асоціації розчиненої речовини і < 1. Так, наприклад, хлорид кальцію CaCl2 при розчиненні дисоціює на три іони, тож для обчислення кількості осмотично-активних кінетичних елементів (в молях) кількість цієї речовини треба

1 2