ความเข้มข้นของสารละลายส่งผลต่อออสโมซิสอย่างไร?

ออสโมซิสเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างภาชนะสองตู้ที่คั่นด้วยสิ่งกีดขวางแบบกึ่งซึมผ่านได้ หากสิ่งกีดขวางมีรูพรุนที่ใหญ่พอที่จะให้โมเลกุลของน้ำผ่านไปได้ แต่มีขนาดเล็กพอที่จะปิดกั้นโมเลกุลของ a ตัวถูกละลายน้ำจะไหลจากด้านข้างที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าของตัวถูกละลายไปด้านข้างที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ความเข้มข้น กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าความเข้มข้นของตัวถูกละลายจะเท่ากันทั้งสองด้านหรือความต้านทานแรงดัน ปริมาตรเปลี่ยนที่ด้านข้างที่มีความเข้มข้นมากกว่าแรงขับน้ำผ่านสิ่งกีดขวาง ความดันนี้เป็นแรงดันออสโมติกหรือไฮโดรสแตติก และแปรผันโดยตรงกับความแตกต่างของความเข้มข้นของตัวถูกละลายระหว่างสองด้าน

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

แรงดันออสโมติกที่ขับน้ำผ่านสิ่งกีดขวางที่ผ่านไม่ได้จะเพิ่มขึ้นตามความแตกต่างของความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่ด้านข้างของอุปสรรค ในสารละลายที่มีตัวถูกละลายมากกว่าหนึ่งตัว ให้รวมความเข้มข้นของตัวถูกละลายทั้งหมดเพื่อกำหนดความเข้มข้นของตัวถูกละลายทั้งหมด แรงดันออสโมติกขึ้นอยู่กับจำนวนของอนุภาคที่ถูกละลายเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของพวกมัน

กระบวนการด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เกิดขึ้นจริงที่ขับเคลื่อนออสโมซิสนั้นค่อนข้างลึกลับ แต่นักวิทยาศาสตร์อธิบายอย่างนี้: โมเลกุลของน้ำ เป็นสภาวะของการเคลื่อนที่คงที่ และพวกมันจะโยกย้ายอย่างอิสระทั่วทั้งคอนเทนเนอร์ที่ไม่จำกัดเพื่อให้เท่ากัน ความเข้มข้น หากคุณใส่สิ่งกีดขวางเข้าไปในภาชนะที่พวกมันผ่านไปได้ ก็จะทำเช่นนั้น อย่างไรก็ตาม หากด้านใดด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางมีสารละลายที่มีอนุภาคขนาดใหญ่เกินกว่าจะทะลุผ่านสิ่งกีดขวางได้ โมเลกุลของน้ำที่ไหลผ่านจากอีกด้านหนึ่งจะต้องใช้พื้นที่ร่วมกับพวกมัน ปริมาตรที่ด้านข้างของตัวถูกละลายจะเพิ่มขึ้นจนกว่าจำนวนโมเลกุลของน้ำทั้งสองข้างจะเท่ากัน

การเพิ่มความเข้มข้นของตัวถูกละลายจะลดพื้นที่ว่างสำหรับโมเลกุลของน้ำ ซึ่งลดจำนวนลง สิ่งนี้จะเพิ่มแนวโน้มของน้ำที่จะไหลเข้าสู่ด้านนั้นจากอีกด้านหนึ่ง ในการทำให้เป็นมานุษยวิทยาเล็กน้อย ยิ่งความเข้มข้นของโมเลกุลน้ำแตกต่างกันมากเท่าไร พวกเขาก็ยิ่ง "ต้องการ" ที่จะเคลื่อนข้ามสิ่งกีดขวางไปยังด้านข้างที่มีตัวถูกละลายมากขึ้นเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์เรียกความอยากนี้ว่าแรงดันออสโมติกหรือแรงดันอุทกสถิต และเป็นปริมาณที่วัดได้ ปิดฝาภาชนะแข็งเพื่อป้องกันไม่ให้ปริมาตรเปลี่ยนแปลงและวัดความดันที่จำเป็นในการเก็บ น้ำที่เพิ่มขึ้นในขณะที่คุณวัดความเข้มข้นของสารละลายที่ด้านข้างด้วยตัวถูกละลายมากที่สุด เมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเกิดขึ้นอีก ความดันที่คุณออกแรงบนฝาครอบคือแรงดันออสโมติก โดยถือว่าความเข้มข้นทั้งสองข้างไม่เท่ากัน

ในสถานการณ์จริงส่วนใหญ่ เช่น รากดึงความชื้นจากพื้นดินหรือเซลล์ที่แลกเปลี่ยนของเหลวกับ โดยรอบมีสารละลายเข้มข้นอยู่ทั้งสองด้านของสิ่งกีดขวางกึ่งซึมผ่านได้ เช่น รากหรือ ผนังเซลล์. ออสโมซิสจะเกิดขึ้นตราบใดที่ความเข้มข้นต่างกัน และแรงดันออสโมติกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของความเข้มข้น ในแง่คณิตศาสตร์:

P = RT(∆C)

โดยที่ T คืออุณหภูมิในหน่วยเคลวิน ∆C คือความแตกต่างของความเข้มข้น และ R คือค่าคงที่ของแก๊สในอุดมคติ

แรงดันออสโมติกไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของโมเลกุลตัวถูกละลายหรือองค์ประกอบ ขึ้นอยู่กับจำนวนของพวกเขาเท่านั้น ดังนั้น หากมีตัวถูกละลายมากกว่าหนึ่งตัวในสารละลาย แรงดันออสโมติกคือ:

P = RT (C₁ + C₂ +...ค_น)

ที่ไหน C₁ คือความเข้มข้นของตัวถูกละลาย 1 ตัว เป็นต้น

ง่ายต่อการเข้าใจอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับผลกระทบของความเข้มข้นต่อแรงดันออสโมติก ผสมเกลือหนึ่งช้อนโต๊ะในน้ำหนึ่งแก้วแล้วใส่แครอท น้ำจะไหลออกจากแครอทไปในน้ำเค็มโดยออสโมซิส และแครอทจะเหี่ยวเฉา ตอนนี้เพิ่มความเข้มข้นของเกลือเป็นสองหรือสามช้อนโต๊ะ และบันทึกว่าแครอทจะเหี่ยวเร็วและสมบูรณ์มากเพียงใด

น้ำในแครอทประกอบด้วยเกลือและตัวละลายอื่นๆ ดังนั้นสิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นหากคุณแช่ในน้ำกลั่น: แครอทจะบวม เติมเกลือเล็กน้อยและบันทึกว่าแครอทจะบวมได้เร็วแค่ไหนหรือจะฟูเท่าเดิมหรือไม่ ถ้าแครอทไม่บวมหรือเหี่ยว แสดงว่าคุณได้ทำสารละลายที่มีความเข้มข้นของเกลือเท่ากับแครอทแล้ว