Osmoza to ważny proces dla żywych organizmów. Jest to zjawisko polegające na tym, że woda migruje przez półprzepuszczalną barierę od strony o najmniejszym stężeniu substancji rozpuszczonych do strony o największym stężeniu. Siłą napędzającą ten proces jest ciśnienie osmotyczne, które zależy od stężenia substancji rozpuszczonej po obu stronach bariery. Im większa różnica, tym silniejsze ciśnienie osmotyczne. Różnica ta nazywana jest potencjałem substancji rozpuszczonej i zależy od temperatury i liczby cząstek substancja rozpuszczona, którą można obliczyć na podstawie stężenia molowego i wielkości zwanej jonizacją stały.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Potencjał substancji rozpuszczonej (ψs) jest iloczynem stałej jonizacji (i) substancji rozpuszczonej, jej stężenia molowego (C), temperatury w kelwinach (T) i stałej zwanej stałą ciśnienia (R). W formie matematycznej:
ψs = iCRT
Stała jonizacji
Gdy substancja rozpuszczona rozpuszcza się w wodzie, rozpada się na swoje jony składowe, ale może nie zrobić tego całkowicie, w zależności od jej składu. Stała jonizacji, zwana również stałą dysocjacji, to suma jonów do uzwiązkowanych cząsteczek substancji rozpuszczonej. Innymi słowy, jest to liczba cząstek, które substancja rozpuszczona wytworzy w wodzie. Sole, które całkowicie się rozpuszczają, mają stałą jonizacji wynoszącą 2. Cząsteczki, które pozostają nienaruszone w wodzie, takie jak sacharoza i glukoza, mają stałą jonizacji wynoszącą 1.
Stężenie molowe
Stężenie cząstek określa się, obliczając stężenie molowe lub molarność. Otrzymasz tę ilość, wyrażoną w molach na litr, obliczając liczbę moli substancji rozpuszczonej i dzieląc ją przez objętość roztworu.
Aby znaleźć liczbę moli substancji rozpuszczonej, podziel masę substancji rozpuszczonej przez masę cząsteczkową związku. Przykładowo chlorek sodu ma masę cząsteczkową 58 g/mol, więc jeśli mamy próbkę o wadze 125 g, mamy 125 g ÷ 58 g/mol = 2,16 mola. Teraz podziel liczbę moli substancji rozpuszczonej przez objętość roztworu, aby znaleźć stężenie molowe. Jeśli rozpuścisz 2,16 moli chlorku sodu w 2 litrach wody, uzyskasz stężenie molowe 2,16 moli ÷ 2 litry = 1,08 moli na litr. Możesz to również wyrazić jako 1,08 M, gdzie „M” oznacza „molowy”.
Wzór na potencjał substancji rozpuszczonych
Znając potencjał jonizacji (i) i stężenie molowe (C), wiesz, ile cząstek zawiera roztwór. Odnosisz to do ciśnienia osmotycznego, mnożąc przez stałą ciśnienia (R), która wynosi 0,0831 litra bar/mol oK. Ponieważ ciśnienie zależy od temperatury, należy je również uwzględnić w równaniu przez pomnożenie przez temperaturę w stopniach Kelvina, która jest równa temperaturze w stopniach Celsjusza plus 273. Wzór na potencjał substancji rozpuszczonej (ψs) to:
ψs = iCRT
Przykład
Oblicz potencjał substancji rozpuszczonej 0,25 M roztworu chlorku wapnia w temperaturze 20 stopni Celsjusza.
Chlorek wapnia całkowicie dysocjuje na jony wapnia i chloru, więc jego stała jonizacji wynosi 2, a temperatura w stopniach Kevina to (20 + 273) = 293 K. Potencjał substancji rozpuszczonej wynosi zatem (2 • 0,25 mola/litr • 0,0831 litra bar/mol K • 293 K)
= 12,17 barów.