Kā šķīduma koncentrācija ietekmē osmozi?

Osmoze ir process, kas notiek starp diviem konteineriem, kurus atdala daļēji caurlaidīga barjera. Ja barjerai ir pietiekami lielas poras, lai ļautu iziet ūdens molekulām, bet pietiekami mazas, lai bloķētu a izšķīdis, ūdens plūdīs no sāniem ar mazāku izšķīdušās vielas koncentrāciju uz sānu ar lielāku koncentrēšanās. Šis process turpinās, līdz izšķīdušās vielas koncentrācija ir vienāda abās pusēs vai spiedienizturīga tilpuma izmaiņas pusē ar lielāku koncentrāciju pārsniedz spēku, kas ūdeni izdzen caur barjeru. Šis spiediens ir osmotiskais vai hidrostatiskais spiediens, un tas tieši mainās atkarībā no izšķīdušās vielas koncentrācijas atšķirības starp abām pusēm.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Osmotiskais spiediens, kas dzen ūdeni pāri necaurlaidīgai barjerai, palielinās ar izšķīdušās vielas koncentrācijas starpību abās barjeras pusēs. Šķīdumā, kurā ir vairāk nekā viena izšķīdušā viela, summējiet visu izšķīdušo vielu koncentrācijas, lai noteiktu kopējo izšķīdušās vielas koncentrāciju. Osmotiskais spiediens ir atkarīgs tikai no izšķīdušās daļiņas skaita, nevis no to sastāva.

Faktiskais mikroskopiskais process, kas virza osmozi, ir nedaudz noslēpumains, taču zinātnieki to raksturo šādi: ūdens molekulas ir pastāvīgas kustības stāvoklis, un viņi brīvi migrē pa neierobežotu konteineru, lai izlīdzinātu to koncentrēšanās. Ja jūs ievietojat barjeru traukā, caur kuru viņi var iziet, viņi to darīs. Tomēr, ja barjeras vienā pusē ir šķīdums, kura daļiņas ir pārāk lielas, lai tiktu cauri barjerai, ūdens molekulām, kas iet cauri no otras puses, ir jādalās ar tām telpā. Tilpums pusē ar izšķīdušo vielu palielinās, līdz ūdens molekulu skaits abās pusēs ir vienāds.

Palielinot izšķīdušās vielas koncentrāciju, tiek samazināta ūdens molekulām pieejamā telpa, kas samazina to skaitu. Tas savukārt palielina ūdens tendenci ieplūst tajā pusē no otras puses. Lai nedaudz antropomorfizētos, jo lielāka ir ūdens molekulu koncentrācijas atšķirība, jo vairāk viņi "vēlas" pāri barjerai virzīties uz pusi, kurā ir izšķīdis.

Zinātnieki šo alkas sauc par osmotisko spiedienu vai hidrostatisko spiedienu, un tas ir izmērāms lielums. Uzstādiet stingra trauka vāku, lai novērstu tilpuma maiņu, un izmēra spiedienu, kas nepieciešams, lai saglabātu ūdenim nepaaugstoties, kamēr jūs mērāt šķīduma koncentrāciju pusē, kurā ir visvairāk izšķīdušās vielas. Ja vairs nenotiek nekādas koncentrācijas izmaiņas, spiediens, ko jūs darāt uz pārsega, ir osmotiskais spiediens, pieņemot, ka koncentrācijas abās pusēs nav izlīdzinātas.

Vairumā reālu situāciju, piemēram, saknes, kas no zemes izvelk mitrumu, vai šūnas, kas apmainās ar šķidrumu apkārtnē daļēji caurlaidīgas barjeras abās pusēs pastāv noteikta izšķīdušo vielu koncentrācija, piemēram, sakne vai šūnapvalki. Osmoze notiek tik ilgi, kamēr koncentrācijas ir atšķirīgas, un osmotiskais spiediens ir tieši proporcionāls koncentrācijas starpībai. Matemātiski:

P = RT (∆C)

kur T ir temperatūra Kelvinos, ∆C ir koncentrāciju starpība un R ir ideālā gāzes konstante.

Osmotiskais spiediens nav atkarīgs no izšķīdušās molekulas lieluma vai to sastāva. Tas ir atkarīgs tikai no tā, cik viņu ir. Tādējādi, ja šķīdumā ir vairāk nekā viena izšķīdušā viela, osmotiskais spiediens ir:

P = RT (C₁ + C₂ +... C_n)

kur C₁ ir izšķīdušās vielas koncentrācija utt.

Ir viegli iegūt ātru priekšstatu par koncentrācijas ietekmi uz osmotisko spiedienu. Sajauciet ēdamkaroti sāls glāzē ūdens un ielieciet burkānu. Ūdens no burkāna izplūdīs sālsūdenī ar osmozi, un burkāns sarausies. Tagad palieliniet sāls koncentrāciju līdz divām vai trim ēdamkarotēm un pierakstiet, cik ātri un pilnīgi burkāns saraujas.

Burkānā esošajā ūdenī ir sāls un citas izšķīdušās vielas, tāpēc, ja jūs to iegremdējat destilētā ūdenī, notiks otrādi: burkāns uzbriest. Pievienojiet nelielu daudzumu sāls un pierakstiet, cik daudz mazāk laika prasa burkānu uzbriest, vai arī tas uzbriest tādā pašā izmērā. Ja burkāns neuzbriest un nesaraujas, jums ir izdevies pagatavot šķīdumu, kurā sāls koncentrācija ir tāda pati kā burkānā.