§4. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

Пусть раствор некоторого вещества и чистый растворитель разделены полупроницаемой перегородкой (пленкой растительного или животного происхождения), которая пропускает молекулы растворителя, но не пропускает молекулы растворенного вещества. Тогда через достаточно большой промежуток времени устанавливается равновесие, при котором молекулы растворителя свободно взаимодействуют между собой через перегородку. При этом давление, которое оказывают молекулы растворителя на перегородку слева, будет равно давлению этих же молекул справа. Давление же растворенного вещества через перегородку не передается. В результате этого общее давление с одной стороны перегородки, равно сумме давлений растворенного вещества и растворителя, будет больше, чем давление с другой стороны перегородки, равное давлению растворителя. Поэтому уровень раствора окажется выше уровня растворителя (рис. 8.4.1).

Если сначала уровни раствора и растворителя были одинаковыми, то за счет проникновения растворителя через перегородку (это явление проникновения растворителя через перегородку называется осмосом) уровень раствора подымится выше уровня чистого растворителя.

Разность давлений, которая возникает между областями, занятыми чистым растворителем и раствором, разделенными полупроницаемой перегородкой, называется осмотическим давлением.

Каковы же закономерности осмотического давления?

Для достаточно разбавленных растворов молекулы растворенного вещества в растворителе ведут себя, как в разреженном газе. В частности, кинетическая энергия молекул растворенного вещества

<W_k>=(3/2)kT,

а давление, обусловленное этими молекулами (т.е. собственно осмотическое давление), будет равно

P=2/3n <W_k> nkT,

но

n=N/V=m Na/V.

Таким образом,

р_осм=mRT/V=₁RT/V,

где m – масса растворенного вещества в объеме V.

Осмотическое давление слабых растворов не зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, а зависит от молярной концентрации растворенного вещества – закон Вант-Гоффа.

Явление осмоса играет громадную роль в животном и растительном мире. Большинство перегородок в живых и растительных организмах являются полупроницаемыми. Например, осмотическое давление в растительных клетках достигает нескольких атмосфер, благодаря чему жидкость из почвы может подниматься по стволу деревьев на большую высоту. За счет осмотического давления происходит переход воды через соответствующие перегородки в организмах живых существ.