Осмотическое давление: различия между версиями
| [отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
мНет описания правки |
Нет описания правки |
||
Строка 19:
Закон осмотического давления можно использовать для расчёта [[молекулярная масса|молекулярной массы]] данного вещества (при известных дополнительных данных).
== Осмотическое давление коллоидных растворов ==
оследствия первых исследований, посвященных детальному изучению осмотического давления были опубликованы Пфеффером («Osmotische Untersuchungen» (1877 год)). Для возникновения осмотического давления должны выполнятся два условия:
1) наличие полупроницаемой перегородки (мембраны);
2) наличие по обе стороны мембраны растворов с разной концентрацией.
Мембрана проницательна для частичек (молекул) определенного размера, поэтому она может, например, выборочно пропускать сквозь свои поры молекулы воды, не пропуская молекулы этилового спирта. Для газовой смеси - водорода и азота - роль полупроницаемой мембраны может выполнять тонкая палладиевая фольга, сквозь которую свободно диффундирует водород, тогда как азот она практически не пропускает. с помощью такой мембраны можно разделять смесь водорода и азота на отдельные компоненты.
Простыми и давно известными примерами мембран, которые проницаемы для воды и непроницаемы для многих других растворенных в воде веществ, является кожа, пергамент, и другие ткани животного и растительного происхождения.
Пфеффер с помощью осмометра, в котором в качества полупроницаемой мембраны использовался пористый фарфор, обработанный <math>Cu_2Fe(CN)_6</math>, исследовал осмотическое давление водных растворов тростникового сахара. На основе этих измерений Вант-Гофф (1885) предложил эмпирическое уравнение, которому подчиняется осмотическое давление <math>\pi</math> разведенных растворов:
<math>\pi=cRT,
</math> где c=n/V - концентрация растворенного вещества, моль/м^3.
Это уравнение по форме совпадает с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Поэтому осмотическое давление разведенных растворов можно определить как давление, которое бы создавала то же самое количество молекул растворенного вещества, если бы оно было в виде идеального газа и занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.
Уравнение Вант-Гоффа можно несколько преобразовать, подставляя вместо концентрации <math>c_i=n_i/V=m_i/M_iV:</math>
<math>\pi=c_iRT=\frac{m_i}{M_iV}RT,</math> где <math>m_i</math> - массовая концентрация растворенного вещества; <math>M_i</math> - его молекулярная масса.
В таком виде уравнение Вант-Гоффа широко применяется для определения молярной массы растворенного вещества. Осмотический метод применяют зачастую для определения молярных масс высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов и других). Для этого достаточно измерить осмотическое давление раствора с известной концентрацией.
Если вещество диссоциирует в данном растворе, то осмотическое давление будет большим чем рассчитанное и нужно вводить изотонический коэффициент:
<math>\pi=icRT.</math>
Уравнение Вант-Гоффа справедливо только для разведенных растворов, которые подчиняются закону Рауля. При повышенных концентрациях растворов <math>c_i</math> в последнем уравнении должно быть заменено на активность <math>a_1</math> или фугитивность <math>f_1.</math>
===Роль осмоса в биологических системах===
Явление осмоса и осмотическое давление играют огромное значение в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток. Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, который называют тургором.
Если клетку, например, эритроцит, поместить в дистиллированную воду (или очень разбавленный раствор соли), то вода будет проникать внутрь клетки и клетка будет набухать. Процесс набухания может привести к разрыву оболочки эритроцита, если произойдет так называемый гемолиз.
Обратное явление наблюдается, если вместить клетку в концентрированный раствор соли: сквозь мембрану вода из клеток диффундирует в раствор соли. При этом протоплазма сбрасывает оболочку, клетка сморщивается, теряет тургор и стойкость, свойственные ей в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При помещении плазмолизованных клеток в воду протоплазма опять набухает и в клетке восстанавливается тургор. Происходит при этом так называемый деплазмолиз: это можно наблюдать, вмещая цветы, который начинают вянуть, в воду. И только в изотоническом растворе, который имеет одинаковую концентрацию (вернее, одинаковое осмотическое давление с содержанием клетки), объем клетки остается неизменным.
Процессы усвоения еды, обмена веществ тесно связаны с разной проницаемостью тканей для воды и других растворенных в ней веществ.
Осмотическое давление отыгрывает роль механизма, который подает нутриенты клеткам; у высоких деревьев последние поднимаются на высоту нескольких десятков метров, что соответствует осмотическому давлению в несколько десятков атмосфер. Типовые клетки, сформировавшиеся с протоплазматических мешков, наполненных водными растворами разных веществ (клеточный сок), имеют определенное значение для давления, величина которого измеряется в пределах 0,4-2 МПа.
== См. также ==
| |||