Учебное пособие для студентов 1 курса направления 020100-Химия

Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

Одним из свойств растворов, связанных с изменением количества свободных молекул растворителя, является осмос. Осмотические явления возникают на границе двух растворов с различной концентрацией, разделенных полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемая перегородка пропускает только молекулы растворителя и препятствует проникновению через нее частиц растворенного вещества.
Сущность явления осмоса состоит в том, что происходит выравнивание концентраций соприкасающихся растворов за счет самопроизвольного перехода молекул растворителя через полупроницаемую перегородку из одного раствора в другой под влиянием разницы их концентраций.
Возьмем сосуд, в котором два раствора разделены гибкой полупроницаемой перегородкой (рис.5). Если концентрации растворов равны, то число молекул растворителя, проходящих из одного раствора в другой в единицу времени, будет одинаковым, вследствие чего объемы растворов изменяться не будут.
Если концентрации растворов отличаются (см. рис. 5, C_i > C₂), то скорость перехода молекул растворителя из менее концентрированного раствора больше, чем скорость перехода молекул растворителя из более концентрированного.



Рис.5. Схема возникновения явления осмоса

Это приводит к увеличению объема правого раствора и уменьшению левого. Осмос прекратится, когда концентрации в обоих растворах сравняются.

Количественно это явление характеризуется величиной давления, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить проникновение молекул растворителя в более концентрированный раствор соли из более разбавленного раствора. Такое давление называется осмотическим давлением. Рассчитать величину осмотического давления можно по формуле:


π = C_м RT, (2.3)

где π — осмотическое давление (кПа),

С_м — молярная концентрация раствора (моль/л),
R — универсальная газовая постоянная,
Т — температура в К.
Если выразить концентрацию через количество вещества и объем: n/V и подставить это отношение в уравнение (2.3), получим выражение:

π V = n RT/V, (2.4)

напоминающее уравнение Менделеева-Клайперона для идеального газа.

Используя уравнение (2.4), сформулируем физический смысл осмотического давления: