Tabla de Contenidos
Osmotisk tryk , repræsenteret ved det græske bogstav pi ( π ), er en kolligativ egenskab ved opløsninger, der svarer til det tryk, der skal påføres en opløsning for at stoppe osmose . Sidstnævnte består af passage af opløsningsmiddel gennem en semipermeabel membran fra en mere fortyndet opløsning (eller fra et reservoir med rent opløsningsmiddel) til en mere koncentreret.
Da det er en kolligativ egenskab, det vil sige, at den kommer fra den kollektive virkning af de partikler, der udgør en opløsning, og ikke fra deres natur, kan det osmotiske tryk beregnes ud fra viden om opløsningens sammensætning. Med andre ord, hvis vi ved, hvad en opløsning er lavet af, og i hvilke mængder alle komponenterne findes, så kan vi beregne det osmotiske tryk.
I det følgende afsnit præsenteres tre eksempler på beregning af osmotisk tryk i forskellige situationer:
- I opløsninger med et molekylært opløst stof eller ingen elektrolyt.
- I elektrolytopløsninger.
- I opløsninger med flere opløste stoffer.
I ethvert af disse tilfælde er beregningen af det osmotiske tryk baseret på brugen af følgende ligning:
hvor π er det osmotiske tryk, R er den universelle gaskonstant, T er den absolutte temperatur i Kelvin, og M er den molære koncentration af alle frie opløste partikler til stede i opløsningen. Denne sidste koncentration afhænger af typen af opløst stof eller opløste stoffer, der er til stede, og består grundlæggende af summen af koncentrationerne af alle osmotisk aktive partikler, det vil sige dem, der ikke kan krydse en semipermeabel membran.
I tilfælde af neutrale molekylære opløste stoffer, det vil sige dem, der ikke er elektrolytter, er M blot molariteten. I tilfælde af elektrolytter repræsenterer M imidlertid summen af koncentrationerne af de ioner, der dannes ved dissociation, og af de molekyler, der forbliver udissocierede.
Da koncentrationen af ionerne og af de udissocierede molekyler afhænger af graden af dissociation, og denne bestemmes af dissociationskonstanten og af den initiale eller analytiske koncentration af det opløste stof, så kan den totale koncentration af osmotisk aktive partikler relateres til startkoncentration ved at gange med en faktor kendt som van’t Hoff-faktoren, i, som er givet ved:
Denne faktor kan bestemmes på forskellige måder afhængigt af den pågældende type opløst stof:
- For stærke elektrolytter, dem der dissocierer fuldstændigt, er van’t Hoff-faktoren lig med det samlede antal ioner, der dissocieres til, uanset deres elektriske ladninger.
- For svage elektrolytter kan denne faktor bestemmes ud fra dissociationskonstanten, men den er også tabuleret for forskellige opløste stoffer ved forskellige temperaturer, hvilket er mere praktisk.
- I tilfælde af ikke-elektrolyt-opløste stoffer eller molekylære opløste stoffer er faktoren blot 1.
Multiplicering af elektrolyttens molaritet eller analytiske koncentration med denne faktor resulterer i den faktiske koncentration af osmotisk aktive partikler til stede i opløsningen, så det osmotiske tryk forbliver:
Trin til at beregne osmotisk tryk
Beregningen af det osmotiske tryk af enhver opløsning kan opsummeres i følgende trin:
- Trin 1: Udtræk dataene fra erklæringen og udfør de nødvendige enhedstransformationer.
- Trin 2: Bestem typen af opløst stof eller opløste stoffer og værdien af koefficienten eller van’t Hoff-faktoren.
- Trin 3: Beregn den indledende molaritet eller molære koncentration af det eller de opløste stoffer.
- Trin 4: Brug formlen til at beregne det osmotiske tryk.
Dernæst vises det, hvordan man følger disse trin for at beregne det osmotiske tryk i de tre ovennævnte situationer.
Case 1: Beregning af det osmotiske tryk af en ikke-elektrolyt opløsning
udmelding
Bestem det osmotiske tryk ved 25,0 °C af en opløsning indeholdende 30,0 g glucose (C 6 H 12 O 6 ) opløst i tilstrækkeligt vand til at lave 150,0 mL opløsning.
Trin #1: Udtræk dataene fra erklæringen og udfør de nødvendige enhedstransformationer.
I dette tilfælde er temperaturen, massen af det opløste stof og opløsningens volumen angivet. Temperaturen skal omdannes til Kelvin og rumfanget til liter (da molariteten vil blive beregnet).
Medmindre vi allerede har dets antal mol, har vi også altid brug for molmassen af det opløste stof:
Trin 2: Bestem typen af opløst stof eller opløste stoffer og værdien af koefficienten eller van’t Hoff-faktoren.
Glucose er en neutral molekylær forbindelse, hvilket betyder, at den er en ikke-elektrolyt (dissocierer ikke i opløsning). Af denne grund er dens van’t Hoff-faktor lig med 1.
Trin 3: Beregn den indledende molaritet eller molære koncentration af det eller de opløste stoffer.
Da vi har massen af det opløste stof, volumenet af opløsningen og molmassen af det opløste stof, behøver vi kun at anvende molaritetsformlen:
Trin #4: Brug formlen til at beregne det osmotiske tryk.
Vi har nu alt, hvad vi behøver for at beregne det osmotiske tryk. Afhængigt af de enheder, som vi ønsker at beregne trykket i, kan vi bruge forskellige værdier af den ideelle gaskonstant. Til brug for de fleste af de beregninger, der udføres i kemi og biologi, beregnes dette tryk i atmosfærer, så den ideelle gaskonstant bruges i disse enheder, det vil sige 0,08206 atm.L/mol.K:
Case 2: Beregning af det osmotiske tryk af en elektrolytopløsning
udmelding
Bestem det osmotiske tryk ved 37,0 °C af en opløsning, der indeholder 0,900 g natriumchlorid (NaCl) pr. 100,0 ml opløsning.
Trin 1: Udtræk dataene fra erklæringen og udfør de nødvendige enhedstransformationer.
I dette tilfælde angives igen temperaturen, massen af det opløste stof og opløsningens volumen. Igen skal temperaturen omdannes til Kelvin og rumfanget til liter og molmassen af det opløste stof skal beregnes:
Trin 2: Bestem typen af opløst stof eller opløste stoffer og værdien af koefficienten eller van’t Hoff-faktoren.
Natriumchlorid er en stærk elektrolyt, der dissocierer fuldstændigt i vandig opløsning. Dissociationsreaktionen er:
Som det kan ses, giver hver formelenhed af NaCl anledning til to ioner, en natriumkation og en choridanion, og der er ingen udissocieret NaCl-enhed tilbage. For dette opløste stof har van’t Hoff-koefficienten eller faktoren derfor en værdi på 2.
Trin #3: Beregn den indledende molaritet eller molære koncentration af det eller de opløste stoffer.
Som i det foregående tilfælde har vi massen af det opløste stof, volumenet af opløsningen og den molære masse af det opløste stof, så molariteten er givet ved:
Trin #4: Brug formlen til at beregne det osmotiske tryk.
Dette trin udføres på samme måde som før. Igen vil vi beregne det osmotiske tryk i atmosfærer:
Case 3: Beregning af det osmotiske tryk af en opløsning med flere opløste stoffer
udmelding
Bestem det osmotiske tryk ved den gennemsnitlige kropstemperatur på 37°C af en lakteret Ringers opløsning med følgende sammensætning:
102,7 mM natriumchlorid
27,8 mM natriumlactat ( NaC3H5O3 ) _
5,4 mM kaliumchlorid
1,8 mM calciumchloriddihydrat.
Dette er et vigtigt eksempel på beregning af osmotisk tryk, eftersom sera såsom den ovenfor citerede lakterede Ringers opløsning skal fremstilles med et specifikt osmotisk tryk. Nogle er indstillet til at have samme osmotiske tryk som blodserumet, mens andre er indstillet til at have et højere eller lavere osmotisk tryk, afhængig af patientens tilstand.
Trin 1: Udtræk dataene fra erklæringen og udfør de nødvendige enhedstransformationer.
I dette tilfælde har vi en løsning med fire forskellige opløste stoffer. Koncentrationerne af de opløste stoffer leveres direkte, men i enheder af mM (millimolær), så de skal omdannes til molaritet. Temperaturen leveres også, som skal omdannes til Kelvin. Den første transformation udføres ved at dividere med 1000.
Trin 2: Bestem typen af opløst stof eller opløste stoffer og værdien af koefficienten eller van’t Hoff-faktoren.
Natriumchlorid, natriumlactat og kaliumchlorid er stærke elektrolytter, der dissocierer for at danne 2 ioner hver, så deres van’t Hoff-koefficienter er lig med 2.
I tilfælde af calciumchlorid er dissociationsreaktionen:
Hvis det dissocierer fuldstændigt, ville der blive produceret 3 ioner i alt, hvilket giver en van’t Hoff-faktor på 3. Det er dog blevet fastslået eksperimentelt, at dette opløste stof ikke dissocierer fuldstændigt, og at det har en faktor på lidt mindre end 2. 7.
Trin 3: Beregn den indledende molaritet eller molære koncentration af det eller de opløste stoffer.
Dette trin er ikke nødvendigt for dette problem, da erklæringen indeholdt alle de nødvendige koncentrationer.
Trin 4: Brug formlen til at beregne det osmotiske tryk.
Når der er flere opløste stoffer, svarer det samlede osmotiske tryk blot til summen af bidragene fra hver af dem. Dette kan opsummeres som følger:
hvor summen er over alle tilstedeværende opløste stoffer, uanset om det er elektrolyt eller ikke-elektrolyt. Resultatet af denne summering er det, der almindeligvis er kendt som opløsningens osmolaritet, det vil sige den samlede koncentration af alle osmotisk aktive partikler.
Da vi allerede har alle de nødvendige data, er alt et spørgsmål om at anvende denne formel til at beregne det osmotiske tryk:
Referencer
Brown, T. (2021). Kemi: Centralvidenskaben (11. udgave). London, England: Pearson Education.
Castro, S. (2019, 22. februar). Osmotisk tryk Formel og løste øvelser. Hentet fra https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kemi (10. udgave). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
Fonden for sundhedstræning og -forskning i Murcia-regionen. (nd). 2.-Grundlæggende principper for osmose og osmotisk tryk. Beregning af plasmatisk osmolalitet (OSMP). Hentet fra http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html
Ung. (nd). Elektrolytter: van’t Hoff Factor | Protokol (oversat til spansk). Hentet fra https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=Spanish
Tabazz, U. (2012, 20. september). Elektrokemi. Hentet fra https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482
