§ 4. Закон и.М. Сеченова
Присутствие в растворе твердых веществ или растворенных веществ уменьшает растворимость газов. На основании многочисленных опытов И.М. Сеченов (1873–1892 гг.) показал, что «Растворимость газа в растворе соли меньше, чем в чистой воде».
Формула закона Сеченова:
ln N/No = KC,
где No – растворимость газа в воде;
N – растворимость газа в растворе электролита при той же температуре и давлении;
С – концентрация электролита в растворе, моль/л;
К – константа, зависящая от температуры, природы газа и электролита.
§ 5. Осмос и осмотическое давление
Осмос впервые наблюдал в 1748 г. Нолле. Профессор Боннского университета немецкий ученый Вильгельм Пфеффер (1845–1920 гг.) исследовал явление осмоса в растениях (1887).
Мысли Пфеффера были заняты одним вопросом: почему завявшее растение оживает, и восстанавливается его нормальное состояние, если его полить водой? Факт был известен, но объяснения не было. Да, растение впитывает воду в свои клетки. Но почему? Какие силы заставляют воду поступать в клетки? Проведенные Пфеффером анализы показали, что минеральный состав завявшего и ожившего растений совершенно одинаков. Ожившее растение содержит больше воды. Анализ воды, в которой стояли растения, показал, что вода также не обогатилась новыми солями. Это значит, что вещества, содержащиеся в клетках, остались в них, а вода проникла через оболочку клетки внутрь, от него клетка набухла. Но ведь оболочка клетки служит для того, чтобы сохранять содержимое клетки. Неужели вода прошла через нее? Значит, клеточная оболочка обладает особым свойством, она пропускает воду внутрь клетки, а вещества, находившиеся в клетке, оставляет «запертыми» в ней – они не могут выйти наружу. Это означает, что оболочка клеток представляет собой какую-то особую полупроницаемую перегородку. Если два раствора одного и того же вещества, но различной концентрации (С2 > С1) разделить в сосуде поршнем с полупроницаемой перегородкой, то через некоторое время поршень поднимется в результате перехода молекул растворителя из менее концентрированного в более концентрированный. При этом концентрации обоих растворов постепенно выравниваются. Такое явление называется осмосом.
Осмос (от греческого слова osmos – толчок, давление) – явление медленного проникновения (диффузии) в раствор растворителя через тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ.
За счет ударов тех молекул, которые не пропускаются мембраной, возникает одностороннее давление на нее – осмотическое. У человека и животных оно достигает 8,08.105 Па, у рыб – до 15,15·105, у растений пустыни до 100.105, а у семян – до 404.105 Па.
Осмотическое давление возникает на границе растворов разной концентрации (или на границе раствора и растворителя) при наличии между ними полупроницаемой перегородки. В качестве такой перегородки могут быть использованы: пленка целлофана, коллоидная пленка, специальным образом обработанная керамика и др. Свойством полупроницаемости обладают некоторые ткани животных и растений (бычий пузырь, плавательный пузырь рыб, свиной мочевой пузырь, протоплазма живых клеток). Молекулы растворителя диффундируют через перегородку в прямом и обратном направлениях. Однако, число их не одинаково вследствие различной скорости.
Осмотическая ячейка (осмометр)
Для удержания поршня в первоначальном состоянии необходимо приложить силу Р, компенсирующую действие осмотических сил, возникающих на границе между растворами.
Осмотические силы, отнесенные к единице площади их действия, называются осмотическим давлением.
Следовательно, вода проникает в ячейку с определенным давлением, называемым осмотическим давлением. Вода поднимается по трубке воронки до определенной высоты h, при которой гидростатическое давление столба жидкости становится равным осмотическому давлению. Следовательно, высота столба жидкости h является мерой осмотического давления. Осмотическое давление возрастает с температурой.