Осмос и осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Ван-Гоффа

 

ГБОУ ВПО ТюмГМА Минздравсоцразвития России

Кафедра аналитической и  бионеорганической химии

 

 

Доклад

По общей химии

Студентки 147 группы

I курса фармацевтического факультета

Тазетдиновой Эльвиры

На тему: «Осмос и осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Ван-Гоффа. Концентрационные эффекты осмоса растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Роль осмотического давления в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз, тургор. Гипо-, изо- и гипертонические растворы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень,2013

Содержание

1. Осмос и осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент ……………………............................... 3
2. Концентрационные эффекты осмоса растворов электролитов…………………… 6
3. Роль осмотического давления в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз, тургор. Гипо-, изо- и гипертонические растворы …………………………………. 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осмос и осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Вант-Гоффа

 

Одним из явлений, непосредственно  связанных с изменением концентрации свободных молекул растворителя, является осмос: если между двумя растворами поместить  полупроницаемую перегородку (мембрану), то выравнивание концентраций будет проходить только вследствие перемещения молекул воды.

Таким образом, осмос - односторонняя самопроизвольная диффузия молекул растворителя через полупроницаеумю перегородку из раствора с низкой концентрацией в раствор с более высокой концентрацией.

Для возникновения осмоса необходимо наличие растворителя и  раствора или двух растворов различной  концентрации, разделенных полупроницаемой мембраной. Самопроизвольный переход некоторого количества молекул растворителя из одной части такой системы в другую через полупроницаемую перегородку осуществляется путем их предварительного растворения в мембране.

Таким образом, свойство полупроницаемости  обусловлено не размерами пор  перегородки, а различной растворяющей способностью материала по отношению  к отдельным, соприкасающимся с  ней, веществам.

Полупроницаемые перегородки  способны пропускать только молекулы растворителя, но не пропускают молекулы растворенного вещества.

• природные полупроницаемые перегородки - стенки растительных и животных клеток, стенки кишечника;
• искусственные полупроницаемые перегородки – целлофан, пергамент, пленки из желатина.

 

Количественной характеристикой  осмоса является осмотическое давление раствора.  

Осмотическое  давление (Pосм.) - избыточное гидростатическое давление, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью.

При измерениях осмотического давления различных растворов было установлено, что его величина изменяется от температуры  и концентрации раствора, но не зависит  от природы растворенного вещества и растворителя. Эту зависимость  установил в 1886 г. Я.Г. Вант-Гофф и предложил эмпирическое уравнение для расчета осмотического давления разбавленных растворов неэлектролитов:

P    ⁼ С (X)• R   • Т   

где:

P – осмотическое давление, кПа;

С (Х) - молярная концентрация растворенного вещества Х в растворе, моль/л;

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 кПа*л*моль^-1*К^-1;

Т - абсолютная температура, К.

Данное уравнение совпадает  с уравнением состояния идеального газа Клапейрона- Менделеева:

P*V=m/M*R*T

Однако данные уравнения  описывают разные процессы.

Закон Вант-Гоффа:

осмотическое  давление разбавленного раствора равно  тому газовому давлению, которое производило  бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии  при той же температуре, занимало тот же объем, что и раствор.

Однако это уравнение справедливо  только для растворов, в которых  отсутствует взаимодействие частиц, т.е. для идеальных растворов. В  реальных растворах имеют место  межмолекулярные взаимодействия  между молекулами вещества и растворителя, которые могут приводить или  к диссоциации молекул растворенного  вещества на ионы, или к ассоциации молекул растворенного вещества с образованием из них ассоциатов.

Диссоциации молекул растворенного  вещества в водном растворе на ионы характерна для электролитов. В результате диссоциации число частиц в растворе увеличивается.

Ассоциация наблюдается, если молекулы вещества лучше взаимодействуют  между собой, чем с молекулами растворителя. Это характерно для  коллоидных растворов, что приводит к уменьшению числа частиц в растворе.

Для учета межмолекулярных взаимодействий в реальных растворах Вант-Гофф предложил использовать изотонический коэффициент i. Для молекул растворенного вещества физический смысл изотонического коэффициента:

i = число частиц растворенного вещества / число частиц исходного вещества.

 

Для растворов неэлектролитов, молекулы которых не диссоциируют и мало склонны к ассоциации, i =1.

Для водных растворов электролитов, вследствие диссоциации i > 1, причем максимальное его значение (i _max) для данного электролита равно числу ионов в его молекуле:

NaCI        CaCI₂       Na₃PO₄

                                i _{max                   2                        3                        4}

Для растворов, в которых вещество находится в виде ассоциатов, i < 1.

С учетом межмолекулярных взаимодействий осмотическое давление для реальных растворов равно:

 

                                                P = i*С(X)*R*T , причем

 

i =1 для неэлектролитов

i > 1 для электролитов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Концентрационные эффекты  осмоса растворов электролитов

Рассмотрим осмос для  растворов с различным содержанием  соединений. Представим сосуд, разделенный гибкой полупроницаемой пленкой и содержащий в верхней и нижней частях растворы, с концентрацией растворенного вещества С₁ и С₂.

В случае, когда С₁=С₂ , то одинакова в обоих растворах и концентрация растворителя. При этом число его молекул, проходящих через перегородку, в обоих направлениях за единицу времени, будут тоже равными. В результате общие объемы обоих растворов останутся неизменными.

Если же второй раствор  вещества концентрированней первого (С₁<C₂), то концентрация растворителя больше в первом растворе, вследствие чего объем верхнего раствора будет уменьшаться и гибкая полупроницаемая перегородка выгнется вверх. Перемещение растворителя из первого раствора во второй вызовет одновременное увеличение С₁ и уменьшение С₂. Когда концентрации соединений в обоих растворах выровняются, осмос прекратится.

Если первый раствор концентрированней  относительно второго (С₁>C₂), то объем его станет подобным образом увеличиваться и мембрана прогнется вниз. В момент, когда сквозь полупроницаемую пленку в обоих направлениях за единицу времени будет проходить одинаковое число молекул растворитея,установится равновесие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Роль осмотического давления в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз, тургор. Изо-, гипо- и гипертонические растворы

Осмотическое  давление в клетках обусловливает  их своеобразную упругость и эластичность, а также способствует сохранению определенной формы стеблями и листьями растений. Если срезать растение, то вследствие испарения воды объем внутриклеточной жидкости уменьшается, оболочки клеток опадают, становятся дряблыми - растение вянет. Но стоит начавшее вянуть растение поставить в воду, как начинается осмос, оболочки клеток снова напрягаются и растение принимает прежний вид. Каждая живая клетка имеет либо оболочку, либо поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойством полупроницаемости.

Стенки растительных и животных клеток представляют собой  полупроницаемые перегородки. Постоянно  поддерживаемое в них осмотическое давление обуславливает упругость  клеток и тканей, так называемый тургор.

Гемолиз – разрушение клеток путем разрыва их оболочек  ( или поверхностных слоев протоплазмы) в случае эритроцитов. Оболочка эритроцитов непроницаема для ряда катионов (К⁺ и Na⁺), хотя она свободно пропускает анионы и воду. Поместив животные или растительные клетки в дистиллированную воду, можно наблюдать перемещение воды внутрь клеток, что ведет к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Если в таком опыте использовать эритроциты, то вода окрасится гемоглобином в красный цвет.

В крепких солевых  растворах отмечается, наоборот, сморщивание  клеток (плазмолиз), обусловленное потерей  воды, уходящей из них в более  концентрированный внешний раствор. Данное явление называется плазмолизом.

Изотонические растворы - растворы с P равным осмотическому давлению раствора взятому за стандарт.

Гипертонические растворы - растворы с более высоким  осмотическим давлением, чем в стандарте.

Гипотоническими растворы – растворы с меньшим осмотическим давлением, чем в стандарте.

 Однако    биологические процессы чрезвычайно  сильно зависят от действия, имеющихся в них мембран, которые делают возможным осмос и способны избирательно отсортировывать вещества, необходимые организму для протекания в нем биологических процессов от ненужных веществ.