Як це працює
Ця симуляція моделює жорсткий двокамерний мембранний осмометр. Ліва камера містить чистий розчинник, відкритий в атмосферу. Права камера містить розчин і з'єднана з лівою камерою через напівпроникну мембрану внизу — проникну для молекул розчинника, але не для розчиненої речовини — та тонку вертикальну капілярну трубку, відкриту зверху. Оскільки розчин має нижчий хімічний потенціал розчинника, молекули розчинника перетинають мембрану в бік розчину, піднімаючи рівень рідини в капілярній трубці.
У міру підйому колонки її вага створює гідростатичний зворотний тиск ρgh, що штовхає розчинник назад через мембрану. Колонка продовжує підніматись, доки цей зворотний тиск точно не зрівноважить осмотичну рушійну силу Π, після чого чистий потік розчинника зупиняється, і система досягає рівноваги. Рівноважний осмотичний тиск визначається рівнянням Вант-Гоффа, а рівноважна висота колонки випливає безпосередньо з простого балансу тиску.
R = 0.0821 л·атм/(моль·K)
Рівноважна висота: h = Π / (ρg)
Перетворення в кПа: Π(кПа) = Π(атм) × 101.325
Часті запитання
Що таке осмотичний тиск і рівняння Вант-Гоффа?
Осмотичний тиск Π — це тиск, який потрібно прикласти до розчину, щоб зупинити чистий приплив розчинника через напівпроникну мембрану. Рівняння Вант-Гоффа Π = iMRT пов'язує його з концентрацією M, фактором Вант-Гоффа i, газовою сталою R та температурою T — прямий аналог PV = nRT.
Чому осмотичний тиск є колігативною властивістю?
Колігативні властивості залежать лише від кількості розчинених частинок, а не від їхньої природи. Оскільки Π = iMRT залежить лише від сумарної концентрації частинок iM, будь-які два розчинники з однаковою ефективною концентрацією частинок дають однаковий осмотичний тиск.
Чому реальні розчини відхиляються від Π = iMRT при високій концентрації?
При високій концентрації іони та молекули взаємодіють одне з одним, тому розчин перестає поводитись ідеально. Це відхилення описується осмотичним коефіцієнтом φ, що дає Π = φiMRT, де φ наближається до 1 у розбавленій межі та спадає нижче 1 зі зростанням концентрації.
Як працює зворотний осмос?
У зворотному осмосі до розчину з боку мембрани прикладають тиск, більший за Π, змушуючи чистий розчинник проходити через мембрану назад і залишаючи розчинені речовини позаду. Це основа більшості установок опріснення морської води.
Як осмометрія використовується для вимірювання молярної маси?
Перетворивши рівняння Вант-Гоффа, отримуємо M = Π/(iRT). Вимірюючи рівноважний осмотичний тиск розчину з відомою масою невідомої сполуки, хіміки можуть обчислити M, а отже й молярну масу — особливо корисно для полімерів і білків.
Як підвищення точки кипіння та зниження точки замерзання пов'язані з осмотичним тиском?
Підвищення точки кипіння, зниження точки замерзання та осмотичний тиск — усі колігативні властивості, що виникають з однієї причини: розчинені частинки знижують хімічний потенціал розчинника. Усі три масштабуються з фактором Вант-Гоффа i та ефективною концентрацією частинок.
Яке практичне застосування має осмотичний тиск?
Принципи осмотичного тиску використовуються в промисловому очищенні води та опрісненні морської води через зворотний осмос, у харчовій промисловості (осмотичне сушіння фруктів), у фармацевтиці для ізотонічних внутрішньовенних розчинів, а також у технологіях прямого осмосу.
Що визначає фактор Вант-Гоффа i для розчиненої речовини?
Фактор Вант-Гоффа i — це кількість незалежних частинок, які утворює одна формульна одиниця речовини в розчині. Неелектроліти, як глюкоза, мають i = 1; NaCl дисоціює на 2 йони (i = 2); CaCl₂ дисоціює на 3 йони (i = 3), за умови повної дисоціації.
Чому капілярна колонка осмометра перестає підніматись при рівновазі?
Коли розчинник перетинає мембрану, колонка, що піднімається, створює гідростатичний зворотний тиск ρgh. Колонка продовжує підніматись, доки цей тиск точно не зрівняється з Π, після чого чистий потік розчинника через мембрану стає нульовим.