Осмотическое давление растворов.

Явление осмоса (от греч. osmos - толчок, удар) впервые наблюдал А. Нолле, помещая водный раствор сахара в стеклянной, закрытой снизу полупроницаемой перепонкой трубке в сосуд с чистой водой. Вода, проникая через перепонку, вызывала подъем уровня раствора в трубке (рис. 7.3).

Для предотвращения проникновения растворителя в раствор над раствором нужно создать избыточное давление (Р’), называемое осмотическим.

Проявления осмотического давления весьма разносторонние. Например, типичные клетки живых организмов, образованные протоплазменной оболочкой, заполненной водным раствором различных веществ, испытывает осмотическое давление со стороны чистой воды в пределах от 4 до 20 10⁵ Па. Поэтому обнаженные ткани (раневые поверхности) следует промывать не чистой водой, а физиологическим раствором с осмотическим давлением по отношению к клеточному раствору близкому к нулю. Это предохраняет клетки от набухания и разрушения.

В классической работе Вант-Гоффа (1886 г.) установлена связь осмотического давления с другими свойствами растворов.

Пусть раствор отделен от чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной), способной перемещаться и пусть количество раствора так велико, что прибавление к нему или отнятие от него 1 моля растворителя не изменяет заметным образом его состав. Можно двумя путями перевести обратимо и изотермически 1 моль растворителя из чистого растворителя в раствор.

I путь. Испарение 1 моля растворителя из чистого растворителя при давлении его насыщенного пара Р⁰, расширение его до давления Р над раствором и конденсация под этим давлением в раствор.

Согласно (1.18) величина совершенной работы:

. (7.15)

Следует иметь в виду, что работы испарения и конденсации равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому не учитываются.

II путь. Перемещение мембраны в растворитель на столько, пока сквозь нее в раствор не перейдет объем растворителя, отвечающий 1 молю его в газообразном состоянии. При этом, в соответствии с (1.11) совершается работа:

, (7.16)

где р’ - осмотическое давление;

v₀ - молярный объем растворителя.

Так как А₁ = А₂, то , откуда:

. (7.17)

Это соотношение позволяет рассчитывать осмотическое давление для любых, в том числе и реальных растворов.

Для случая разбавленных растворов: и . Мольная доля растворенного вещества может быть рассчитана следующим образом:

, (7.18)

где n - количество растворенного вещества;

n₀ - количество растворителя.

Тогда:

, (7.19)

где V = v₀n₀ - объем раствора;

- концентрация раствора.

Соотношение (7.19) называется уравнением Вант-Гоффа. Из него следует, что осмотическое давление разбавленных растворов равно такому давлению, которое оказывало бы при данной температуре растворенное вещество, находясь в газообразном состоянии и занимая объем раствора.