Осмос и осмотическое давление

Раствор представляет собой гомогенную смесь двух или более частиц размером менее одного нанометра. Растворы сахара и соли в воде, а также газированная вода являются распространенными примерами растворов. В растворе все компоненты отображаются как одна фаза. Существует однородность частиц, что означает, что частицы равномерно распределены. Вот почему полная бутылка безалкогольного напитка имеет одинаковый вкус.

Компонент, который растворяет другой компонент, известен как растворитель. Растворенное вещество относится к компоненту (компонентам), который растворяется в растворителе (растворителях). Как правило, растворитель присутствует в большей пропорции, чем растворенное вещество. Количество растворенного вещества меньше количества растворителя. Растворенные вещества и растворители могут существовать в любом состоянии вещества, включая твердые тела, жидкости и газы. Жидкий раствор состоит из твердого вещества, жидкости или газа, растворенных в жидком растворителе. Твердые и газообразные растворы представлены соответственно сплавами и воздухом.

Осмос

Осмос — это процесс перемещения молекул растворителя из области с низкой концентрацией растворенных веществ в область с высокой концентрацией растворенных веществ через полупроницаемую мембрану. В конце концов устанавливается равновесие между двумя сторонами полупроницаемой мембраны (одинаковая концентрация растворенного вещества по обеим сторонам полупроницаемой мембраны). Поскольку полупроницаемый барьер позволяет проходить только молекулам растворителя, никакие частицы растворенного вещества не могут пройти. Процесс осмоса останавливается, если со стороны раствора полупроницаемой мембраны оказывается достаточное давление. Наименьшее давление, необходимое для остановки процесса осмоса, называется осмотическим давлением.

Осмотическое давление

Наименьшее давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы остановить поток молекул растворителя через полупроницаемую мембрану, известно как осмотическое давление (осмос). Это коллигативное свойство, которое регулируется концентрацией растворенных частиц в растворе.

Для расчета осмотического давления используйте следующую формулу:

π = iCRT

Где,

π - осмотическое давление

я - фактор Вант-Гоффа

C - молярная концентрация растворенного вещества в растворе.

R - универсальная газовая постоянная

Т - температура

Голландский химик Якобус ван'т Хофф предложил эту связь между осмотическим давлением раствора и молярной концентрацией его растворенного вещества. Следует отметить, что это уравнение применимо только к решениям, которые действуют как идеальные растворы.

Обратный осмос

Минимальное давление, необходимое для прекращения прохождения растворителя через полупроницаемую мембрану, называется осмотическим давлением. Когда давление, превышающее осмотическое давление, прикладывается к стороне раствора (стороне с высокой концентрацией растворенного вещества), частицы растворителя со стороны раствора перемещаются через полупроницаемую мембрану в область с низкой концентрацией растворенного вещества. Обратный осмос относится к потоку растворителя через ВЗМ в противоположном направлении.

Применение обратного осмоса

1. Производителям электронных компонентов требуется вода самого высокого качества. Обратный осмос обычно используется для удаления большинства загрязняющих веществ из водопроводной воды перед ее введением в систему полирующего ионного обмена. Обратный осмос увеличивает срок службы ионообменных слоев, снижая при этом общие затраты на производство больших объемов высококачественной воды.
2. В зависимости от характера процесса химического производства производителю химикатов требуется вода разного качества. В некоторых случаях вода обратного осмоса сама по себе дает удовлетворительную воду, и ее используют в качестве предварительной обработки, когда требуется более высокое качество.
3. В этом бизнесе обратный осмос успешно используется не только для очистки воды для использования в подпиточной воде для гальванопокрытий и ванн для вытягивания, но и для концентрирования важных металлов для гальванопокрытий в потоке отходов для повторного использования в замкнутом цикле.
4. В малых и больших масштабах обратный осмос широко используется для опреснения морской или солоноватой воды для питья. Из-за низкого энергопотребления этот метод особенно привлекателен в этом приложении.

Типы осмоса

1. Когда вещество погружают в гипотонический раствор, молекулы растворителя мигрируют в клетку, создавая тургор или деплазмолиз. Эндосмоз - термин для этого процесса.
2. Когда материал погружают в гипертонический раствор, молекулы растворителя покидают клетку, вызывая дряблость или плазмолиз. Экзосмос - термин для этого процесса.

Влияние осмоса на клетки

Осмос по-разному влияет на разные клетки. По сравнению с клетками растений клетки животных лизируются при помещении в гипотонический раствор. Толстые стенки растительной клетки требуют большего количества воды. При помещении в гипотонический раствор клетки не взрываются. Гипотонический раствор, по сути, является оптимальным для растительной клетки. Животная клетка может жить только в изотонической жидкости. В изотоническом растворе клетки растения больше не набухают, а листья растения свисают. Осмотический поток можно остановить или обратить вспять, добавив внешнее давление по бокам жидкости, процесс, известный как обратный осмос. Осмотическое давление – это минимальное давление, необходимое для прекращения переноса растворителя.

Осмос и диффузионная разница

Значение осмоса

1. Осмос влияет как на питание, так и на выброс продуктов метаболизма.
2. Он отвечает за поглощение воды из земли и транспортировку ее к более высоким частям растения через ксилему.
3. Он поддерживает равновесие уровней воды и межклеточной жидкости во внутренней среде живого организма.
4. Сохраняет тургор клеток.
5. Это метод, с помощью которого растения поддерживают содержание воды в условиях постоянной потери воды из-за транспирации.
6. Этот процесс регулирует транспорт воды от клетки к клетке.
7. Осмос вызывает тургор клеток, который регулирует подвижность растений и их компонентов.
8. Осмос также отвечает за растрескивание плодов и спорангиев.
9. Более высокое осмотическое давление защищает растения от повреждения засухой.

Примеры осмоса

1. Осмос – это процесс, посредством которого вода поглощается землей. Поскольку корни растений имеют более высокую концентрацию, чем грязь, вода устремляется к корням.
2. Осмос также влияет на защитные клетки растения. При попадании воды в растительные клетки замыкающие клетки набухают и устьица открываются.
3. Когда пресноводную или морскую рыбу помещают в воду с различной концентрацией соли, рыба погибает в результате попадания воды в клетки животного или выхода из нее.
4. Осмос поражает людей, больных холерой. Бактерии, перенаселяющие кишечник, меняют направление всасывания и не позволяют кишечнику всасывать воду, что приводит к обезвоживанию.
5. Когда пальцы погружаются в воду на длительный период времени, поток воды внутри клеток заставляет их становиться синюшными.

Примеры проблем

Вопрос 1: Какие три различных формы осмотических условий влияют на живые клетки?

Решение:

There are three kinds of osmotic conditions: hypertonic, isotonic, and hypotonic.

Вопрос 2: Чем осмос отличается от диффузии?

Решение:

Osmosis is the movement of solvents through a semi-permeable membrane from a low-solute-concentration region to a high-solute-concentration region. Diffusion, on the other hand, does not require a semi-permeable membrane to occur, as molecules migrate from a location of higher concentration to a region of lower concentration.

Вопрос 3: Какова основная функция осмоса?

Решение:

Osmosis aids in the stabilization of the organism’s internal environment by balancing the amounts of water and intracellular fluids. Furthermore, nutrients and minerals enter the cell via osmosis, which is required for cell viability.

Вопрос 4: Что такое полупроницаемая мембрана?

Решение:

The semipermeable membrane is a type of biological membrane that allows some molecules or ions to pass through it.

Вопрос 5: Что такое обратный осмос?

Решение:

Reverse osmosis is a natural phenomena that takes place in the opposite direction of natural osmosis. This type of osmosis is used to remove the bulk of pollutants from water by forcing the water through a semi-permeable membrane under pressure.

Вопрос 6: Рассчитайте осмотическое давление 5% раствора тростникового сахара (сахарозы) при 15°С.

Решение:

m = molecular mass of sucrose (C₁₂H₂₂O₁₁) = 342  

w = 5g 

V = 100 mL = 0.1 litre  

S = 0.082,  

T = (15 + 273) = 288 K  

Applying the equation PV = w/m ST,  

P = 5./342 × 1/0.1 × 0.082 × 288 = 3.453 atm

Вопрос 7: Раствор, содержащий 10 г органического соединения на литр, показал осмотическое давление 1,16 атмосферы при 0 °С. Рассчитайте молекулярную массу соединения (S = 0,0821 атм на градус на моль).

Решение:

Applying the equation  

m = w/PV . ST  

Given w = 10 g, P = 1.18 atm, V = 1 litre, S = 0.0821 and T = 273 K.  

m = 10/1.18×1 × 0.0821 × 273 = 189.94