Tabla de Contenidos
Osmoottinen paine (Π) tarkoittaa painetta, joka on kohdistettava liuokseen liuottimen osmoosin hidastamiseksi puoliläpäisevän kalvon läpi puhtaan liuottimen säiliöstä. Tämä on ratkaisujen kolligatiivinen ominaisuus, jolla on suuri merkitys eri aloilla.
Osmoottinen paine on erityisen tärkeä biologian ja lääketieteen aloilla, koska se säätelee kaikkien elävien olentojen solujen vesitasapainoa. Toisaalta osmoottinen paine on tärkeä myös tekniikan alalla, koska se edustaa vähimmäispainetta, joka on kohdistettava liuokseen, jotta voidaan suorittaa käänteisosmoosi, joka on meriveden suolanpoiston perusta.
Kaikissa näissä tapauksissa on välttämätöntä pystyä laskemaan eri liuosten osmoottinen paine. Tästä syystä alla on esitetty ongelma kompleksisen vesipitoisen liuoksen osmoottisen paineen laskemiseksi , toisin sanoen sellaisen, joka sisältää useita liuenneita aineita, joista osa on ionisia ja osa ei.
Toisaalta on myös tärkeää pystyä määrittämään tietyn osmoottisen paineen saavuttamiseen tarvittava pitoisuus, jotta voidaan valmistaa tarvittaessa hypertonisia, hypotonisia tai isotonisia liuoksia. Esitetään myös ratkaisu tähän asiaan liittyvään ongelmaan.
Miten osmoottinen paine lasketaan?
Liuoksen osmoottisen paineen laskeminen suoritetaan seuraavalla kaavalla:
Missä Π on ilmakehän osmoottinen paine, i on van’t Hoff -kerroin, M on liuenneen aineen molaarinen pitoisuus, R on ihanteellinen kaasuvakio , jonka arvo on 0,08206 atm.L/mol.K ja T on absoluuttinen lämpötila kelvinissä.
Useiden liuenneiden aineiden tapauksessa osmoottinen kokonaispaine lasketaan kunkin liuenneen aineen panosten summana, eli:
Van’t Hoff -kertoimien arvot voidaan määrittää teoreettisesti (likimäärin) niiden hiukkasten lukumäärästä, joihin liuennut aine dissosioituu, jos se on vahva elektrolyytti, tai ionitasapainon erottelusta heikkojen elektrolyyttien tapauksessa.
Sopivin arvo on kuitenkin se, joka määritetään kokein, kuten liuoksen kryoskooppinen laskeutuminen tai ebulloskooppinen nousu.
Tehtävä 1: Monimutkaisen liuoksen osmoottisen paineen laskeminen
lausunto
Haluat laskea osmoottisen paineen elohopeamillimetreinä liuokselle, joka on valmistettu liuottamalla 5,00 g glukoosia, 0,500 g natriumkloridia ja 0,200 g kalsiumkloridia riittävään määrään vettä, jotta saadaan 250 ml liuosta 25 °C:ssa. .
Ratkaisu
Tämäntyyppisten ongelmien ratkaisu suoritetaan seuraavien vaiheiden avulla:
Vaihe 1: Poimi tiedot lauseesta, muunna yksiköt ja laske asiaankuuluvat moolimassat.
Ensimmäinen askel, kuten kaikissa ongelmissa, on saada lausunnon tiedot. Tässä tapauksessa meille annetaan kolmen liuenneen aineen massat, liuoksen kokonaistilavuus ja lämpötila. Lisäksi liuenneiden aineiden on osoitettu olevan glukoosi (kaava C6H12O6 ) , natriumkloridi ( NaCl ) ja kalsiumkloridi (CaCl2 ) .
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto toimitetuista tiedoista. Koska moolipitoisuudet lasketaan, tilavuus litroina vaaditaan. Moolimassat laskettiin lisäämällä kunkin kaavassa olevan atomin moolimassat normaalisti.
| m glukoosi = | 5,00 g | MM glukoosi = | 180,16 g/mol |
| m NaCl = | 0,500 g | MM NaCl = | 58,44 g/mol |
| mCaCl2 = _ | 0,200 g | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| V liuotin = | 250 ml x (1 l/1000 ml) = 0,250 l | T = | 25 °C + 273,15 = 298,15 K |
Vaihe 2: Laske kaikkien liuenneiden aineiden moolipitoisuus.
Tämä liuos sisältää 3 liuennutta ainetta, joten 3 molaarisuutta on laskettava. Nämä ovat:
Vaihe 3: Määritä van’t Hoff -tekijä jokaiselle liuenneelle aineelle.
Kuten alussa mainittiin, nämä tekijät voidaan määrittää kokeellisesti tai teoreettisesti. Tässä tapauksessa teemme sen teoreettisesti.
Glukoosi
Koska se on molekyylinen liuennut aine, joka ei dissosioidu, glukoosin van’t Hoff -tekijä on i=1 .
Natriumkloridia
NaCl on ioninen liuennut aine ja myös vahva elektrolyytti. Tässä tapauksessa van’t Hoff -tekijä määräytyy niiden ionien tai hiukkasten kokonaismäärällä, joihin liuennut aine dissosioituu liuoksessa. Seuraava on tämän liuenneen aineen liukenemisreaktio:
Kuten näemme, jokainen NaCl:n dissosioituva kaava tuottaa yhteensä kaksi ionia, joten tälle liuenneelle aineelle i=2 .
Kalsiumkloridi
Kuten edellisessä tapauksessa, kalsiumkloridi koostuu ionisesta liuenneesta aineesta, joka dissosioituu täysin vesiliuoksessa. Dissosiaatioreaktio on:
Toisin kuin natriumkloridi, kalsiumkloridi tuottaa kolme ionia dissosioituessaan, joten sen teoreettinen van’t Hoff -tekijä on i=3 .
Vaihe 4: Määritä osmoottinen paine kaavalla.
Viimeinen vaihe on itse osmoottisen paineen määrittäminen. Alkutulos ilmaistaan ilmakehässä, joten meidän on sitten muutettava se mmHg:ksi, kuten lausunnossa on määritelty.
Vastaus
Liuoksen osmoottinen paine on 3 740 mmHg.
Tehtävä 2: Konsentraation laskeminen osmoottisesta paineesta
lausunto
Määritä kalsiumkloridin massa, joka tarvitaan valmistamaan 100 ml liuosta, jonka osmoottinen paine on 380 Torr 37 °C:ssa.
Ratkaisu
Tämäntyyppisiä ongelmia vastaan hyökätään samalla tavalla kuin edelliseen. Ainoa asia, joka muuttuu, on osmoottisen paineyhtälön käyttö, joka täytyy ratkaista halutun tuntemattoman, tässä tapauksessa liuenneen aineen pitoisuuden, saamiseksi sen sijaan, että sitä käytettäisiin suoraan.
Vaihe 1: Poimi tiedot lauseesta, muunna yksiköt ja laske asiaankuuluvat moolimassat.
Ensimmäinen vaihe on sama kuin edellisessä tapauksessa.
| V liuotin = | 100 ml x (1 l/1000 ml) = 0,100 l | T = | 37 °C + 273,15 = 310,15 K |
| Π = | 380 Torr. (1 atm/760 Torr) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Vaihe 2: Määritä van’t Hoff -tekijä
Kuten näimme edellisessä tehtävässä, koska se on vahva elektrolyytti , joka tuottaa kolme ionia dissosioituessaan, kalsiumkloridin van’t Hoff -tekijä on i=3 .
Vaihe 3: Tyhjennä ja laske liuenneen aineen moolipitoisuus.
Koska se on yksittäinen liuennut aine, osmoottinen paine saadaan:
Tiedämme jo kaikkien muuttujien arvot paitsi moolipitoisuuden, joten voimme ratkaista tämän yhtälön tälle muuttujalle:
Vaihe 4: Eristä liuenneen aineen massa molaarisuuskaavaa käyttäen.
Molaarisuuden tai moolipitoisuuden kaava on:
Tämän yhtälön ratkaiseminen liuenneen aineen massalle, msto , antaa:
Vastaus
0,0727 g kalsiumkloridia on punnittava, jotta saadaan 100 ml liuosta, jonka osmoottinen paine on 380 Torr 37 °C:n lämpötilassa.
Viitteet
- Castro, S. (2019). Osmoottinen paine Kaava ja ratkaistut harjoitukset . opettaja 10 matematiikka. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Chemistry (yhdeksäs painos). McGraw-Hill.
- Osmoottinen paine. Mikä se on, kaava ja esimerkit. (2020). Visuaalinen ydin. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Kolligatiiviset ominaisuudet : Osmoottinen paine . Kemia kotona.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
