Осмотическое давление растворов

Все растворы обладают способностью к диффузии. Диффузией называется стремление вещества равномерно распределиться по всему предоставленному ему объёму.

Если разделить раствор и растворитель полунепроницаемой перегородкой, через которую проходят молекулы растворителя, но не проходят молекулы растворённого вещества, то в этом случае возможна только диффузия растворителя в раствор.

Процесс односторонней диффузии растворителя в раствор через полунепроницаемую перегородку называется осмосом.

Осмотическим давлением называется сила на единицу площади (Н/м²), заставляющая растворитель переходить через полунепроницаемую перегородку в раствор, находящийся при том же внешнем давлении, что и растворитель. Осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется законам идеального газа.

Закон Вант-Гоффа:

Осмотическое давление разбавленных идеальных растворов численно равно тому давлению, которое оказывало бы растворённое вещество, если бы при данной температуре оно в виде идеального газа занимало тот же объём.

π = СRT, (71)

где C – молярная концентрация раствора, моль/л; R – универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/(моль∙К); T – абсолютная температура, К.

В растворах электролитов благодаря электролитической диссоциации и увеличения числа частиц экспериментальное значение осмотического давления всегда выше, чем теоретически вычисленное по уравнению (71). Степень отклонения наблюдаемого осмотического давления (π_эксп) от вычисленной величины (π_выч) выражается изотоническим коэффициентом

i = .

При вычислении осмотического давления растворов электролитов в уравнение (71) вводится поправочный (изотонический) коэффициент i > 1, учитывающий увеличение числа частиц в растворе вследствие электролитической диссоциации молекул:

π = iСRT. (72)

Для растворов неэлектролитов изотонический коэффициент равен 1. Изотонический коэффициент i зависит от природы электролита и степени диссоциации его молекул. В общем случае при распаде электролита с образованием k – ионов

i = 1+ (k – 1)α. (73)

Если при распаде молекулы образуется два иона k = 2, то формула (73) примет более простой вид:

i = 1+ α. (74)

Пользуясь выражениями (71- 74), можно рассчитать осотическое давление, концентрацию, молекулярные веса растворённых веществ, а также степень диссоциации электролитов в растворах.

Пример 10. Вычислить осмотическое давление 2%-ного раствора глюкозы при 0ºС. Плотность раствора принять равной единице.

Решение. Осмотическое давление вычисляем по формуле (71). Концентрация раствора выражается в моль/дм³, R = 8,314 Дж/(моль∙К), молекулярная масса глюкозы С₆Н₁₂О₆ равна 180 г/моль.

В 100 г 2%-ного раствора содержится 2 г глюкозы. Поскольку плотность данного раствора равна 1, то в 1дм³ содержится 20 г глюкозы, а это соответствует молярной концентрации С = , в результате получаем:

π = 252,2 кПа