Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Ciśnienie osmotyczne (hydrostatyczne)
- Powiązanie ciśnienia osmotycznego z stężeniem substancji rozpuszczonej
- Sprawdź to sam
Osmoza to proces zachodzący między dwoma pojemnikami oddzielonymi barierą półprzepuszczalną. Jeśli bariera ma pory wystarczająco duże, aby umożliwić przejście molekuł wody, ale wystarczająco małe, aby zablokować molekuły substancji rozpuszczonej, woda przepłynie z boku o mniejszym stężeniu substancji rozpuszczonej na stronę o większym stężeniu. Proces ten trwa do momentu, aż stężenie substancji rozpuszczonej będzie równe po obu stronach lub zmiana objętości objętościowej odpornej na ciśnienie po stronie o większym stężeniu przekroczy siłę napędzającą wodę przez barierę. To ciśnienie jest ciśnieniem osmotycznym lub hydrostatycznym i zmienia się bezpośrednio wraz z różnicą stężenia substancji rozpuszczonej między dwiema stronami.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Ciśnienie osmotyczne napędzające wodę przez nieprzepuszczalną barierę wzrasta wraz z różnicą stężeń substancji rozpuszczonych po obu stronach bariery. W roztworze zawierającym więcej niż jedną substancję rozpuszczoną zsumuj stężenia wszystkich substancji rozpuszczonych, aby określić całkowite stężenie substancji rozpuszczonej. Ciśnienie osmotyczne zależy tylko od liczby cząstek substancji rozpuszczonej, a nie od ich składu.
Ciśnienie osmotyczne (hydrostatyczne)
Rzeczywisty proces mikroskopowy, który napędza osmozę, jest nieco tajemniczy, ale naukowcy opisują to w ten sposób: cząsteczki wody są stanem ciągłego ruchu i migrują swobodnie w nieograniczonym pojemniku, aby wyrównać ich stężenie. Jeśli włożysz barierę do pojemnika, przez który mogą przejść, zrobią to. Jeśli jednak jedna strona bariery zawiera roztwór z cząstkami zbyt dużymi, aby przejść przez barierę, cząsteczki wody przechodzące z drugiej strony muszą dzielić z nimi przestrzeń. Objętość po stronie substancji rozpuszczonej wzrasta, aż liczba cząsteczek wody po obu stronach będzie równa.
Zwiększenie stężenia substancji rozpuszczonej zmniejsza przestrzeń dostępną dla cząsteczek wody, co zmniejsza ich liczbę. To z kolei zwiększa tendencję wody do przepływu na tę stronę z drugiej strony. Aby nieco antropomorfizować, im większa różnica w stężeniu cząsteczek wody, tym bardziej „chcą” przejść przez barierę na stronę zawierającą substancję rozpuszczoną.
Naukowcy nazywają to pragnienie ciśnieniem osmotycznym lub hydrostatycznym i jego mierzalną wielkością. Połóż pokrywkę na sztywnym pojemniku, aby zapobiec zmianie objętości i zmierz ciśnienie potrzebne do powstrzymania wzrostu wody podczas pomiaru stężenia roztworu po stronie najbardziej rozpuszczalnej. Gdy nie następuje dalsza zmiana stężenia, nacisk wywierany na osłonę jest ciśnieniem osmotycznym, przy założeniu, że stężenia po obu stronach nie były wyrównane.
Powiązanie ciśnienia osmotycznego z stężeniem substancji rozpuszczonej
W większości rzeczywistych sytuacji, takich jak korzenie wyciągające wilgoć z ziemi lub komórki wymieniające płyny z otoczeniem, po obu stronach półprzepuszczalnej bariery, takiej jak korzeń lub ściana komórkowa, występuje pewne stężenie substancji rozpuszczonych. Osmoza występuje, dopóki stężenia są różne, a ciśnienie osmotyczne jest wprost proporcjonalne do różnicy stężenia. W kategoriach matematycznych:
P = RT (∆C)
gdzie T jest temperaturą w kelwinach, ∆C jest różnicą stężeń, a R jest idealną stałą gazu.
Ciśnienie osmotyczne nie zależy od wielkości cząsteczek substancji rozpuszczonej lub ich składu. To zależy tylko od ich liczby. Zatem jeśli w roztworze występuje więcej niż jedna substancja rozpuszczona, ciśnienie osmotyczne wynosi:
P = RT (C1 + C.2 + ... Cn)
gdzie C1 jest koncentracją substancji rozpuszczonej i tak dalej.
Sprawdź to sam
Łatwo jest szybko zrozumieć wpływ koncentracji na ciśnienie osmotyczne. Wymieszaj łyżkę soli w szklance wody i włóż marchewkę. Woda wypłynie z marchwi do słonej wody przez osmozę, a marchewka skurczy się. Teraz zwiększ stężenie soli do dwóch lub trzech łyżek stołowych i zapisz, o ile szybciej i całkowicie marnieje marchewka.
Woda w marchwi zawiera sól i inne substancje rozpuszczone, więc odwrócenie nastąpi, jeśli zanurzysz ją w wodzie destylowanej: marchew puchnie. Dodaj niewielką ilość soli i zapisz, ile czasu zajmuje pęcznienie marchwi lub czy pęcznieje do tego samego rozmiaru. Jeśli marchewka nie puchnie ani nie kurczy się, udało się stworzyć roztwór o takim samym stężeniu soli jak marchewka.