Πώς επηρεάζει η συγκέντρωση μιας λύσης την όσμωση;

Η όσμωση είναι μια διαδικασία που συμβαίνει μεταξύ δύο δοχείων που διαχωρίζονται από ένα ημι-διαπερατό φράγμα. Εάν το φράγμα έχει πόρους αρκετά μεγάλους για να επιτρέψει στα μόρια του νερού να περάσουν αλλά αρκετά μικρούς για να μπλοκάρουν τα μόρια του α διαλυμένη ουσία, το νερό θα ρέει από την πλευρά με τη μικρότερη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στην πλευρά με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας να είναι ίση και στις δύο πλευρές ή στην αντίσταση στην πίεση αλλαγή όγκου στο πλάι με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση υπερβαίνει τη δύναμη που οδηγεί το νερό μέσω του φράγματος. Αυτή η πίεση είναι οσμωτική ή υδροστατική πίεση και ποικίλλει άμεσα με τη διαφορά στη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας μεταξύ των δύο πλευρών.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Η ωσμωτική πίεση που οδηγεί το νερό σε ένα αδιαπέραστο φράγμα αυξάνεται με τη διαφορά στις συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας και στις δύο πλευρές του φράγματος. Σε ένα διάλυμα με περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες, αθροίστε τις συγκεντρώσεις όλων των διαλυμένων ουσιών για να προσδιορίσετε τη συνολική συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Η οσμωτική πίεση εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των σωματιδίων διαλυμένης ουσίας και όχι από τη σύνθεσή τους.

Η πραγματική μικροσκοπική διαδικασία που οδηγεί την όσμωση είναι λίγο μυστηριώδης, αλλά οι επιστήμονες το περιγράφουν με αυτόν τον τρόπο: Μόρια νερού είναι μια κατάσταση συνεχούς κίνησης και μεταναστεύουν ελεύθερα σε ένα περιορισμένο δοχείο για να εξισορροπήσουν το συγκέντρωση. Εάν εισάγετε ένα φράγμα στο δοχείο μέσω του οποίου μπορούν να περάσουν, θα το κάνουν. Ωστόσο, εάν η μία πλευρά του φράγματος περιέχει ένα διάλυμα με σωματίδια πολύ μεγάλα για να περάσουν από το φράγμα, τα μόρια νερού που διέρχονται από την άλλη πλευρά πρέπει να μοιράζονται χώρο μαζί τους. Ο όγκος στην πλευρά με τη διαλυμένη ουσία αυξάνεται έως ότου ο αριθμός των μορίων νερού και στις δύο πλευρές είναι ίσος.

Η αύξηση της συγκέντρωσης της διαλυμένης ουσίας μειώνει τον διαθέσιμο χώρο για μόρια νερού, γεγονός που μειώνει τον αριθμό τους. Αυτό με τη σειρά του αυξάνει την τάση του νερού να ρέει προς αυτήν την πλευρά από την άλλη πλευρά. Για την ανθρωπομορφία ελαφρώς, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στη συγκέντρωση των μορίων νερού, τόσο περισσότερο "θέλουν" να κινηθούν πέρα ​​από το φράγμα προς την πλευρά που περιέχει τη διαλυμένη ουσία.

Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτήν την οσμωτική πίεση λαχτάρα ή υδροστατική πίεση, και είναι μια μετρήσιμη ποσότητα. Τοποθετήστε ένα καπάκι σε ένα άκαμπτο δοχείο για να αποτρέψετε την αλλαγή του όγκου και μετρήστε την πίεση που απαιτείται για να διατηρηθεί το νερό να ανεβαίνει ενώ μετράτε τη συγκέντρωση του διαλύματος στο πλάι με την πιο διαλυμένη ουσία. Όταν δεν υπάρχει περαιτέρω αλλαγή στη συγκέντρωση, η πίεση που ασκείτε στο κάλυμμα είναι η οσμωτική πίεση, υποθέτοντας ότι οι συγκεντρώσεις και στις δύο πλευρές δεν έχουν εξισωθεί.

Στις περισσότερες πραγματικές καταστάσεις, όπως ρίζες που αντλούν υγρασία από το έδαφος ή κύτταρα που ανταλλάσσουν υγρά με αυτά περιβάλλοντα χώρο, υπάρχει μια ορισμένη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών και στις δύο πλευρές ενός ημι-διαπερατού φράγματος, όπως μια ρίζα ή κυτταρικό τοίχωμα. Η όσμωση συμβαίνει εφ 'όσον οι συγκεντρώσεις είναι διαφορετικές και η ωσμωτική πίεση είναι ευθέως ανάλογη με τη διαφορά συγκέντρωσης. Σε μαθηματικούς όρους:

P = RT (ΔC)

όπου T είναι η θερμοκρασία σε Kelvins, το ΔC είναι η διαφορά στις συγκεντρώσεις και το R είναι η ιδανική σταθερά αερίου.

Η οσμωτική πίεση δεν εξαρτάται από το μέγεθος των μορίων της διαλυμένης ουσίας ή τη σύνθεσή τους. Εξαρτάται μόνο από το πόσα από αυτά υπάρχουν. Έτσι, εάν υπάρχουν περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες σε ένα διάλυμα, η οσμωτική πίεση είναι:

P = RT (Γ₁ + Γ₂ +... Γ_ν)

όπου Γ₁ είναι η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας και ούτω καθεξής.

Είναι εύκολο να πάρετε μια γρήγορη ιδέα για την επίδραση της συγκέντρωσης στην οσμωτική πίεση. Ανακατέψτε μια κουταλιά της σούπας αλάτι σε ένα ποτήρι νερό και βάλτε σε ένα καρότο. Το νερό θα ρέει έξω από το καρότο στο αλμυρό νερό με όσμωση και το καρότο θα συρρικνωθεί. Τώρα αυξήστε τη συγκέντρωση αλατιού σε δύο ή τρεις κουταλιές της σούπας και καταγράψτε πόσο πιο γρήγορα και τελείως τα καρότα ζαρώνονται.

Το νερό σε ένα καρότο περιέχει αλάτι και άλλες διαλυτές ουσίες, οπότε το αντίστροφο θα συμβεί αν το βυθίσετε σε απεσταγμένο νερό: Το καρότο θα διογκωθεί. Προσθέστε μια μικρή ποσότητα αλατιού και καταγράψτε πόσο λιγότερο χρόνο χρειάζεται για να διογκωθεί το καρότο ή αν διογκωθεί στο ίδιο μέγεθος. Εάν το καρότο δεν διογκωθεί ή συρρικνωθεί, έχετε καταφέρει να κάνετε μια λύση που έχει την ίδια συγκέντρωση αλατιού με το καρότο.