כיצד ריכוז הפתרון משפיע על אוסמוזה?

אוסמוזה היא תהליך המתרחש בין שני מיכלים המופרדים באמצעות מחסום חדיר למחצה. אם למחסום יש נקבוביות גדולות מספיק כדי לאפשר למולקולות מים לעבור אך קטנות מספיק כדי לחסום את המולקולות של a מומס, מים יזרמו מהצד עם הריכוז הקטן יותר של המומס לצד הגדול יותר ריכוז. תהליך זה נמשך עד שריכוז המומס שווה משני הצדדים או לחץ המתנגד שינוי נפח בצד בריכוז גדול יותר עולה על הכוח שמניע את המים דרך המכשול. לחץ זה הוא לחץ אוסמוטי או הידרוסטטי, והוא משתנה ישירות עם ההבדל בריכוז המומס בין שני הצדדים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

הלחץ האוסמוטי המניע מים על פני מחסום אטום עולה עם ההבדל בריכוזי המומס משני צידי המחסום. בתמיסה עם יותר ממומס אחד, סכם את הריכוזים של כל המומסים כדי לקבוע את ריכוז המומס הכולל. לחץ אוסמוטי תלוי רק במספר החלקיקים המומסים, ולא בהרכבם.

התהליך המיקרוסקופי הממשי המניע את האוסמוזה הוא מעט מסתורי, אך מדענים מתארים זאת כך: מולקולות מים are הוא מצב של תנועה מתמדת, והם נודדים בחופשיות לכל מיכל בלתי מוגבל כדי להשוות את שלהם ריכוז. אם אתה מכניס מחסום למיכל שדרכו הם יכולים לעבור, הם יעשו זאת. עם זאת, אם צד אחד של המכשול מכיל תמיסה עם חלקיקים גדולים מכדי לעבור דרך המחסום, מולקולות המים העוברות מהצד השני צריכות לחלוק איתן מקום. הנפח בצד עם המומס גדל עד שמספר מולקולות המים משני הצדדים שווה.

הגדלת ריכוז המומס מצמצמת את השטח הזמין למולקולות מים, מה שמקטין את מספרן. זה בתורו מגביר את נטיית המים לזרום לצד זה מהצד השני. כדי לאנתרופומורפיזציה מעט, ככל שההפרש בריכוז מולקולות המים גדול יותר, כך הם "רוצים" לעבור מעבר לגדר לצד המכיל את המומס.

מדענים מכנים את הכמיהה הזו ללחץ אוסמוטי או לחץ הידרוסטטי, וזה כמות מדידה. שים מכסה על מיכל קשיח בכדי למנוע שינוי בנפח ולמדוד את הלחץ הדרוש לשמירה המים עולים בזמן שאתה מודד את ריכוז התמיסה בצד עם המומס ביותר. כאשר לא מתרחש שינוי נוסף בריכוז, הלחץ שאתה מפעיל על הכיסוי הוא הלחץ האוסמוטי, בהנחה שהריכוזים משני הצדדים לא השתווים.

ברוב המצבים האמיתיים, כמו שורשים השואבים לחות מהקרקע או תאים המחליפים נוזלים עם שלהם בסביבה, ריכוז מסוים של מומסים קיים משני צידיו של מחסום חדיר למחצה, כגון שורש או דופן תא. אוסמוזה מתרחשת כל עוד הריכוזים שונים, והלחץ האוסמוטי ביחס ישר להפרש הריכוז. במונחים מתמטיים:

P = RT (∆C)

כאשר T היא הטמפרטורה בקלווינס, ∆C הוא ההבדל בריכוזים ו- R הוא קבוע הגז האידיאלי.

לחץ אוסמוטי אינו תלוי בגודל המולקולות המומסות או בהרכבן. זה תלוי רק בכמה מהם יש. לפיכך, אם ישנם יותר ממס אחד בתמיסה, הלחץ האוסמוטי הוא:

P = RT (ג₁ + ג₂ +... ג_נ)

איפה ג₁ הוא הריכוז של מומס אחד, וכן הלאה.

קל לקבל מושג מהיר על השפעת הריכוז על לחץ אוסמוטי. מערבבים כף מלח בכוס מים ומכניסים לגזר. מים יזרמו מהגזר למים המלוחים באוסמוזה, והגזר יצטמצם. כעת הגדילו את ריכוז המלח לשתיים או שלוש כפות ורשמו כמה מהר יותר ובצורה גזרת מתכווצת.

המים בגזר מכילים מלח ומומסים אחרים, כך שההפך יקרה אם תטבלו אותם במים מזוקקים: הגזר יתנפח. הוסיפו כמות קטנה של מלח ותעדו כמה זמן לוקח לגזר להתנפח או שהוא מתנפח באותו הגודל. אם הגזר לא מתנפח או מתכווץ, הצלחת להכין פתרון בעל ריכוז מלח זהה לזה של הגזר.