2. Осмос. Осмотическое давление. Уравнение Вант-Гоффа и область его применимости
Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом.
Осмос
обусловлен диффузией молекул растворителя
через полупроницаемую перегородку,
которая пропускает только молекулы
растворителя. Молекулы растворителя
диффундируют из растворителя в раствор
или из менее концентрированного раствора
в более концентрированный, поэтому
концентрированный раствор разбавляется
(химический потенциал растворителя в
растворе меньше химического потенциала
чистого растворителя), при этом
увеличивается и высота его столба.
Количественно осмос характеризуется
осмотическим давлением, равным силе,
приходящейся на единицу площади
поверхности, и заставляющей молекулы
растворителя проникать через
полупроницаемую перегородку. Оно равно
давлению столба раствора в осмометре
высотой h. При равновесии внешнее
давление уравновешивает осмотическое
давление. В этом случае скорости прямого
и обратного переходов молекул через
полупроницаемую перегородку становится
одинаковыми. Если внешнее давление,
приложенное к более концентрированному
раствору, выше осмотического p, т.е.
,
то скорость перехода молекул растворителя
из концентрированного раствора будет
больше, и растворитель будет переходить
в разбавленный раствор (или чистый
растворитель). Осмотическое давление
возрастает с увеличением концентрации
растворенного вещества и
температуры. Вант-Гофф предположил,
что для осмотического давления можно
применить уравнение состояния идеального
газа:
или
откуда
где p - осмотическое давление (кПа), с – молярная концентрация раствора.
Осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации растворенного вещества и температуре. Осмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другие структуры.
Область применимость – разбавленные растворы
Билет 17
1. Химический потенциал компонента идеального раствора. Термодинамические функции образования идеального раствора
Удобной
системой сравнения свойств раствора
является идеальный раствор, под которым
обычно понимают раствор, для компонент
которого при всех составах и температурах
выполняется закон Рауля: Давление
пара растворителя
над раствором пропорционально мольной
доле растворителя
в растворе:
,
где
– давление насыщенного пара компонента
над раствором,
– давление насыщенного пара над чистым
компонентом (s – saturated
— насыщенный),
– мольная доля i-го
компонента в растворе.
Для бинарного раствора з. Рауля:
то
есть относительное понижение давления
пара растворителя над раствором равно
мольной доле
растворенного вещества.
Общее
давление пара над раствором равно сумме
парциальных давлений
и
:
то есть давление пара линейно зависит от состава раствора.
Идеальному поведению соответствуют следующие выражения для химических потенциалов компонентов раствора:
Для
газа:
Для
конденсированных растворов:
Где
– хим. потенциал компонента в стандартном
состоянии, p – общее
давление в системе
Мольная энергия Гиббса идеального бинарного раствора:
Изменение мольных термодинамических функций при образовании такого бинарного идеального раствора
Признаком идеальности раствора является аддитивность парциальных давлений, парциальных объемов, теплоемкостей и энтальпий компонентов. Тепловой эффект при образовании идеального раствора равен нулю, объем не изменяется, а энтропия равна идеальной энтропии смешения.
Идеальные растворы образуются из веществ с одинаковой плотностью и энергией взаимодействия между частицами.
Идеальные растворы образуются без изменения объема.