Hoe het potentieel van opgeloste stoffen te berekenen

Osmose is een vitaal proces voor levende organismen. Het is het fenomeen waarbij water over een semi-permeabele barrière migreert van de kant met de minste concentratie opgeloste stoffen naar de kant met de meeste concentratie. De kracht die dit proces aandrijft, is osmotische druk en hangt af van de concentratie opgeloste stof aan beide zijden van de barrière. Hoe groter het verschil, hoe sterker de osmotische druk. Dit verschil wordt de potentiaal van de opgeloste stof genoemd en hangt af van de temperatuur en het aantal deeltjes van opgeloste stof, die u kunt berekenen uit de molaire concentratie en een hoeveelheid die de ionisatie wordt genoemd constante.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

De potentiaal van de opgeloste stof (ψs) is het product van de ionisatieconstante (i) van de opgeloste stof, de molaire concentratie (C), de temperatuur in Kelvin (T) en een constante die de drukconstante (R) wordt genoemd. In wiskundige vorm:

s = iCRT

Wanneer een opgeloste stof in water oplost, breekt het in de samenstellende ionen, maar het is mogelijk dat dit niet volledig gebeurt, afhankelijk van de samenstelling. De ionisatieconstante, ook wel de dissociatieconstante genoemd, is de som van ionen tot unionized moleculen van opgeloste stof. Met andere woorden, het is het aantal deeltjes dat de opgeloste stof in water zal maken. Zouten die volledig oplossen hebben een ionisatieconstante van 2. Moleculen die in water intact blijven, zoals sucrose en glucose, hebben een ionisatieconstante van 1.

U bepaalt de concentratie van deeltjes door de molaire concentratie of molariteit te berekenen. Je komt tot deze hoeveelheid, uitgedrukt in mol per liter, door het aantal mol opgeloste stof te berekenen en te delen door het volume van de oplossing.

Om het aantal mol opgeloste stof te vinden, deelt u het gewicht van de opgeloste stof door het molecuulgewicht van de verbinding. Natriumchloride heeft bijvoorbeeld een molecuulgewicht van 58 g/mol, dus als u een monster heeft dat 125 g weegt, heeft u 125 g ÷ 58 g/mol = 2,16 mol. Deel nu het aantal mol opgeloste stof door het volume van de oplossing om de molaire concentratie te vinden. Als je 2,16 mol natriumchloride oplost in 2 liter water, heb je een molaire concentratie van 2,16 mol ÷ 2 liter = 1,08 mol per liter. Je kunt dit ook uitdrukken als 1,08 M, waarbij 'M' staat voor 'molair'.

Als je eenmaal de ionisatiepotentiaal (i) en de molaire concentratie (C) kent, weet je hoeveel deeltjes de oplossing bevat. Je relateert dit aan de osmotische druk door te vermenigvuldigen met de drukconstante (R), die 0,0831 liter bar/mol is ^OK. Aangezien de druk afhankelijk is van de temperatuur, moet u dit ook in de vergelijking opnemen door: vermenigvuldigen met de temperatuur in graden Kelvin, wat gelijk is aan de temperatuur in graden Celsius plus 273. De formule voor opgeloste stof (s) is:

s = iCRT

Bereken het opgeloste potentieel van een 0,25 M oplossing van calciumchloride bij 20 graden Celsius.

Calciumchloride valt volledig uiteen in calcium- en chloorionen, dus de ionisatieconstante is 2 en de temperatuur in graden Kevin is (20 + 273) = 293 K. Het potentieel van de opgeloste stof is dus (2 • 0,25 mol/liter • 0,0831 liter bar/mol K • 293 K)

= 12,17 bar.