Ako ovplyvňuje koncentrácia riešenia osmózu?

Obsah

• TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
• Osmotický (hydrostatický) tlak
• Vzťah osmotického tlaku k koncentrácii rozpustenej látky
• Vyskúšajte sami

Osmóza je proces, ktorý sa vyskytuje medzi dvoma nádobami oddelenými polopriepustnou bariérou. Ak bariéra má póry dostatočne veľké na to, aby umožnili prechodu molekúl vody, ale dosť malé na to, aby blokovali molekuly rozpustenej látky, bude voda stekať zo strany s menšou koncentráciou rozpustenej látky na stranu s väčšou koncentráciou. Tento proces pokračuje, až kým nie je koncentrácia rozpustenej látky na oboch stranách rovnaká alebo kým sa objemová odolnosť proti zmene na strane s väčšou koncentráciou neprekročí sila, ktorá poháňa vodu cez bariéru. Tento tlak je osmotický alebo hydrostatický tlak a mení sa priamo s rozdielom koncentrácie rozpustenej látky medzi dvoma stranami.

TL; DR (príliš dlho; neprečítané)

Voda poháňajúca osmotický tlak cez nepriepustnú bariéru sa zvyšuje s rozdielom v koncentráciách rozpustených látok na oboch stranách bariéry. V roztoku s viac ako jednou rozpustenou látkou spočítajte koncentrácie všetkých rozpustených látok, aby ste určili celkovú koncentráciu rozpustenej látky. Osmotický tlak závisí iba od počtu častíc rozpustenej látky, nie od ich zloženia.

Osmotický (hydrostatický) tlak

Skutočný mikroskopický proces, ktorý poháňa osmózu, je trochu záhadný, vedci to však opisujú takto: Molekuly vody sú stavom konštantného pohybu a voľne migrujú cez neobmedzený zásobník, aby vyrovnali svoju koncentráciu. Ak do nádoby vložíte prekážku, cez ktorú môžu prejsť, urobia tak. Ak však jedna strana bariéry obsahuje roztok s časticami príliš veľkými na to, aby sa dostali cez bariéru, musia molekuly vody prechádzajúce z druhej strany zdieľať s nimi priestor. Objem na strane s rozpustenou látkou sa zvyšuje, až kým nie je počet molekúl vody na oboch stranách rovnaký.

Zvýšením koncentrácie rozpustenej látky sa zmenšuje priestor pre molekuly vody, čo znižuje ich počet. To zase zvyšuje tendenciu vody prúdiť na túto stranu z druhej strany. Pre mierne antropomorfizáciu, čím väčší je rozdiel v koncentrácii molekúl vody, tým viac sa „chcú“ pohybovať cez bariéru na stranu obsahujúcu rozpustenú látku.

Vedci nazývajú tento túžiaci osmotický tlak alebo hydrostatický tlak a jeho merateľné množstvo. Na pevné nádoby položte veko, aby ste zabránili zmene objemu, a zmerajte tlak potrebný na to, aby voda stúpala, zatiaľ čo koncentráciu roztoku merajte na boku s najväčšou rozpustnosťou. Ak nedôjde k žiadnej ďalšej zmene koncentrácie, tlakom, ktorý pôsobí na kryt, je osmotický tlak, za predpokladu, že koncentrácie na oboch stranách nie sú vyrovnané.

Vzťah osmotického tlaku k koncentrácii rozpustenej látky

Vo väčšine skutočných situácií, ako sú korene, ktoré odvádzajú vlhkosť zo zeme alebo bunky, ktoré si vymieňajú tekutiny s okolím, existuje určitá koncentrácia rozpustených látok na oboch stranách polopriepustnej bariéry, ako je koreň alebo bunková stena. K osmóze dochádza, pokiaľ sú koncentrácie rôzne a osmotický tlak je priamo úmerný rozdielu v koncentrácii. Z matematického hľadiska:

P = RT (° C)

kde T je teplota v Kelvinoch, ∆C je rozdiel v koncentráciách a R je ideálna plynová konštanta.

Osmotický tlak nezávisí od veľkosti molekúl rozpustenej látky alebo od ich zloženia. Závisí to iba od toho, koľko ich je. Ak je teda v roztoku prítomných viac ako jedna solut, osmotický tlak je:

P = RT (C₁ + C₂ + ... C_n)

kde C₁ je koncentrácia rozpustenej látky atď.

Vyskúšajte sami

Je ľahké získať rýchlu predstavu o účinku koncentrácie na osmotický tlak. Polievkovú lyžicu soli zmiešajte v pohári vody a vložte do mrkvy. Voda vyteká z mrkvy do slanej vody osmózou a mrkva sa scvrkne. Teraz zvýšte koncentráciu soli na dve alebo tri polievkové lyžice a zaznamenajte, koľko rýchlejšie a kompletne sa mrkva scvrkáva.

Voda v mrkve obsahuje soľ a ďalšie rozpustené látky, takže ak sa ponoríte do destilovanej vody, stane sa opak: Mrkva napučí. Pridajte malé množstvo soli a zaznamenajte, koľko času trvá, aby mrkva napučala alebo či napučala na rovnakú veľkosť. Ak mrkva nepučí alebo scvrkne, podarilo sa vám pripraviť roztok, ktorý má rovnakú koncentráciu soli ako mrkva.