Kako koncentracija otopine utječe na osmozu?

Osmoza je postupak koji se događa između dva spremnika odvojena polupropusnom barijerom. Ako barijera ima pore dovoljno velike da molekule vode prolaze, ali dovoljno male da blokiraju molekule a otopljene tvari, voda će teći sa strane s manjom koncentracijom otopljene tvari na stranu s većom koncentracija. Taj se postupak nastavlja sve dok koncentracija otopljene tvari ne bude jednaka s obje strane ili otporna na pritisak promjena volumena sa strane s većom koncentracijom premašuje silu koja vodi vodu kroz barijeru. Ovaj tlak je osmotski ili hidrostatski tlak i on izravno varira s razlikom u koncentraciji otopljene tvari između dviju strana.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Osmotski tlak koji pokreće vodu preko nepropusne barijere povećava se s razlikom u koncentraciji otopljene tvari s obje strane barijere. U otopini s više otopljenih tvari zbrojite koncentracije svih otopljenih tvari da biste odredili ukupnu koncentraciju otopljene tvari. Osmotski tlak ovisi samo o broju čestica otopljene tvari, a ne o njihovom sastavu.

Stvarni mikroskopski postupak koji pokreće osmozu pomalo je tajanstven, ali znanstvenici ga opisuju na ovaj način: molekule vode are je stanje neprekidnog kretanja i oni slobodno migriraju kroz neograničeni spremnik kako bi izjednačili svoje koncentracija. Ako u spremnik umetnete prepreku kroz koju mogu proći, oni će to i učiniti. Međutim, ako jedna strana barijere sadrži otopinu s česticama prevelikim da bi mogle proći kroz barijeru, molekule vode koje prolaze s druge strane moraju s njima dijeliti prostor. Volumen sa strane otopljene tvari povećava se dok broj molekula vode s obje strane ne bude jednak.

Povećavanjem koncentracije otopljene tvari smanjuje se prostor za molekule vode, što smanjuje njihov broj. To zauzvrat povećava tendenciju vode da teče na tu stranu s druge strane. Kako bi se antropomorfizirali, što je veća razlika u koncentraciji molekula vode, to se više "žele" pomaknuti preko barijere na stranu koja sadrži otopljenu tvar.

Znanstvenici to nazivaju žudnjom osmotskim tlakom ili hidrostatičkim tlakom, a to je mjerljiva veličina. Stavite poklopac na krutu posudu kako biste spriječili promjenu glasnoće i izmjerite tlak potreban za održavanje voda se diže dok mjerite koncentraciju otopine na strani najviše otopljene tvari. Kad se ne dogodi daljnja promjena koncentracije, tlak koji vršite na poklopac je osmotski tlak, pod pretpostavkom da koncentracije s obje strane nisu izjednačene.

U većini stvarnih situacija, kao što je korijenje koje crpi vlagu iz tla ili stanice koje izmjenjuju tekućinu sa sobom okolice, određena koncentracija otopljenih tvari postoji s obje strane polupropusne barijere, poput korijena ili stanične stijenke. Osmoza se događa sve dok su koncentracije različite, a osmotski je tlak izravno proporcionalan razlici koncentracija. U matematičkom smislu:

P = RT (∆C)

gdje je T temperatura u Kelvinima, ∆C je razlika u koncentracijama, a R idealna plinska konstanta.

Osmotski tlak ne ovisi o veličini molekula otopljene tvari ili njihovom sastavu. Ovisi samo o tome koliko ih ima. Dakle, ako je u otopini više od jedne otopljene tvari, osmotski tlak je:

P = RT (C₁ + C₂ +... C_n)

gdje je C₁ je koncentracija otopljene tvari i tako dalje.

Lako je brzo shvatiti učinak koncentracije na osmotski tlak. Pomiješajte žlicu soli u čaši vode i stavite mrkvu. Voda će iz mrkve isticati osmozom iz slane vode, a mrkva će se smežurati. Sad povećajte koncentraciju soli na dvije ili tri žlice i zabilježite koliko se brže i potpuno mrkva smežura.

Voda u mrkvi sadrži sol i druge otopljene tvari, pa će se dogoditi obrnuto ako je uronite u destiliranu vodu: mrkva će nabubriti. Dodajte malu količinu soli i zabilježite koliko je manje vremena potrebno da mrkva nabubri ili nabubri li do iste veličine. Ako se mrkva ne napuhne ili ne smežura, uspjeli ste napraviti otopinu koja ima istu koncentraciju soli kao i mrkva.