Презентация 3

Состояния веществ в растворе и газообразном состоянии очень сходны. Газы равномерно заполняют объем вследствие большой подвижности молекул. Расстояние между молекулами велико и взаимное притяжение почти отсутствует. Аналогичное явление наблюдается в разбавленных растворах, и в них поддерживается одинаковая во всем объеме концентрация вещества.

Рис. 11.3. Схема прибора для определения осмотического давления

Например, если в сосуд поместить концентрированный водный раствор сахара, а затем осторожно, чтобы не смешать жидкости, налить поверх него чистую воду, то со временем молекулы сахара равномерно распределятся по всему объему раствора, и концентрация их во всем объеме жидкости станет одинакова. Такое распределение молекул сахара и воды происходит двумя способами: сахар диффундирует в воду, а вода – в раствор сахара.

Вода и сахар разделены полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы воды и непроницаемой для молекул сахара.

Если в сосуд, дно которого является полупроницаемым, налить раствор сахара и погрузить его в сосуд с чистой водой, то через перегородку будут проходить только молекулы воды в обе стороны, но скорость прохождения будет неодинакова. Из наружного сосуда во внутренний сосуд вода будет выходить с большей скоростью, чем в обратном направлении. Это можно объяснить более высокой концентрацией молекул воды в единице объема в наружном сосуде, а также гидратацией молекул сахара, что связывает молекулы воды и ограничивает их передвижение.

Преимущественная односторонняя диффузия растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку называется осмосом.

Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением(Росм), под которым понимают силу (на единицу площади), которая заставляет растворитель переходить через полупроницаемую перегородку в раствор.

Из рис. 11.3 видно, что вследствие осмоса, объем раствора во внутреннем сосуде увеличивается и раствор заполняет вертикальную трубку.

Во внутреннем сосуде создается избыточное давление, измеряемое разностью уровней раствора в трубке и воды в стакане. При некоторой высоте h столба жидкости в трубке гидростатическое давление достигает такой величины, при которой скорости прохождения молекул воды из внешнего сосуда во внутренний сосуд, а также из внутреннего во внешний становятся равными, и жидкость в трубке перестает подниматься.

Мерой осмотического давления может служить гидростатическое давление столба жидкости h, т.е. давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы прекратился осмос.

Закон Вант-Гоффа:

Осмотическое давление разбавленного раствора численно равно тому давлению, которое производило бы данное количество растворенного вещества, занимая в виде газа при данной температуре объем, равный объему раствора.

Росм = См ∙ R ∙ Т.

Осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации раствора и температуре.

Закон Вант-Гоффа позволяет вычислить осмотическое давление раствора, если известны его концентрации и температура. Основанием для расчетов могут служить следующие рассуждения.

Если 1 моль газа заключить в сосуд емкостью 22,4 л, то при 0оС давление окажется равным 1 атм. То же количество газа, помещенное в сосуд емкостью 1 л, окажет при той же температуре давление в 22,4 раза больше, то есть 22,4 атм. Переходя к осмотическому давлению, рассуждаем таким же образом. Если 1 моль растворенного вещества находится в22,4 л раствора, то осмотическое давление такого раствора при 0оС равно 1 атм. То же количество растворенного вещества, находясь в 1 л раствора, создает осмотическое давление 1 л одномолярного раствора неэлектролита при 0оС составляет 22,4 атм.