Tabla de Contenidos
Az ozmotikus nyomás (Π) azt a nyomást jelenti, amelyet az oldatra kell alkalmazni, hogy az oldószer ozmózisát lelassítsák egy féligáteresztő membránon egy tiszta oldószer tartályából. Ez a megoldások kolligatív tulajdonsága, amely nagy jelentőséggel bír a különböző területeken.
Az ozmotikus nyomás különösen fontos a biológia és az orvostudomány területén, mivel szabályozza az összes élőlényt alkotó sejtek vízháztartását. Másrészt az ozmózisnyomás a mérnöki területen is fontos, mert ez jelenti azt a minimális nyomást, amelyet a tengervíz sótalanításának alapját képező fordított ozmózis végrehajtásához egy oldatra kell kifejteni.
Minden ilyen esetben elengedhetetlen, hogy a különböző oldatok ozmózisnyomását ki tudjuk számítani. Emiatt az alábbiakban bemutatunk egy komplex vizes oldat ozmózisnyomásának kiszámítására vonatkozó problémát , vagyis olyan oldatot, amely több oldott anyagot tartalmaz, amelyek egy része ionos, míg mások nem.
Másrészt az is fontos, hogy meg lehessen határozni egy bizonyos ozmózisnyomás eléréséhez szükséges koncentrációt, hogy szükség szerint tudjunk hipertóniás, hipotóniás vagy izotóniás oldatokat készíteni. Bemutatjuk egy ezzel a ponttal foglalkozó probléma megoldását is.
Hogyan számítják ki az ozmotikus nyomást?
Az oldat ozmotikus nyomásának kiszámítása a következő képlettel történik:
Ahol Π az ozmózisnyomás atmoszférában, i a van’t Hoff-együttható, M az oldott anyag moláris koncentrációja, R az ideális gázállandó , amelynek értéke 0,08206 atm.L/mol.K és T az abszolút hőmérséklet kelvinben.
Több oldott anyag esetén a teljes ozmotikus nyomást az egyes oldott anyagok hozzájárulásának összegeként számítjuk ki, azaz:
A van’t Hoff együtthatók értékei elméletileg (körülbelül) meghatározhatók a részecskék számából, amelyekbe az oldott anyag disszociál, ha erős elektrolitról van szó, vagy az ionegyensúly feloldásából gyenge elektrolitok esetén.
A legalkalmasabb azonban az az érték, amelyet olyan kísérletekkel határoznak meg, mint például az oldat krioszkópos süllyedése vagy ebulloszkópos felemelkedése.
1. feladat: Komplex oldat ozmotikus nyomásának kiszámítása
nyilatkozat
5,00 g glükóz, 0,500 g nátrium-klorid és 0,200 g kalcium-klorid annyi vízben való feloldásával készült oldat ozmózisnyomását szeretné kiszámolni higanymilliméterben, hogy 25 °C-on 250 ml oldatot kapjunk. .
Megoldás
Az ilyen típusú problémák megoldása a következő lépéseken keresztül történik:
1. lépés: Vegyük ki az adatokat az állításból, alakítsuk át az egységeket, és számítsuk ki a vonatkozó moláris tömegeket.
Az első lépés, mint minden probléma esetében, az állítás adatainak beszerzése. Ebben az esetben megadjuk három oldott anyag tömegét, az oldat teljes térfogatát és a hőmérsékletet. Ezenkívül az oldott anyagok a glükóz (képlet C 6 H 12 O 6 ), a nátrium-klorid (NaCl) és a kalcium-klorid (CaCl 2 ) lehetnek .
Az alábbi táblázat összefoglalja a megadott adatokat. Mivel a moláris koncentrációkat számítják ki, a térfogatot literben kell megadni. A moláris tömegeket úgy számítottuk ki, hogy a képletben jelenlévő egyes atomok móltömegét a szokásos módon összeadtuk.
| m glükóz = | 5,00 g | MM glükóz = | 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 oldószer = | 250 ml x (1 l/1000 ml) = 0,250 liter | T = | 25°C + 273,15 = 298,15 K |
2. lépés: Számítsa ki az összes oldott anyag moláris koncentrációját.
Ez az oldat 3 oldott anyagot tartalmaz, ezért 3 molaritást kell számolni. Ezek:
3. lépés: Határozza meg minden egyes oldott anyag van’t Hoff-tényezőjét.
Mint az elején említettük, ezek a tényezők kísérletileg vagy elméletileg meghatározhatók. Ebben az esetben elméletileg fogjuk megtenni.
Szőlőcukor
Mivel ez egy molekuláris oldott anyag, amely nem disszociál, a glükóz van’t Hoff-tényezője i=1 .
Nátrium-klorid
A NaCl ionos oldott anyag, és egyben erős elektrolit is. Ebben az esetben a van’t Hoff-tényezőt azon ionok vagy részecskék teljes száma határozza meg, amelyekbe az oldott anyag az oldatban disszociál. Ennek az oldott anyagnak a kioldódási reakciója a következő:
Amint látjuk, a NaCl minden egyes disszociációs képlete összesen két iont termel, ezért erre az oldott anyagra i=2 .
Kalcium-klorid
Az előző esethez hasonlóan a kalcium-klorid ionos oldott anyagból áll, amely vizes oldatban teljesen disszociál. A disszociációs reakció a következő:
A nátrium-kloriddal ellentétben a kalcium-klorid disszociáció során három iont termel, így elméleti van’t Hoff-tényezője i=3 .
4. lépés: A képlet segítségével határozza meg az ozmotikus nyomást.
Az utolsó lépés magának az ozmotikus nyomásnak a meghatározása. A kezdeti eredményt atmoszférában fejezzük ki, így ezután Hgmm-re kell átalakítanunk, amint azt a nyilatkozatban leírtuk.
Válasz
Az oldat ozmotikus nyomása 3740 Hgmm lesz.
2. feladat: Koncentráció számítása ozmotikus nyomásból
nyilatkozat
Határozza meg a kalcium-klorid tömegét, amely 100 ml 380 Torr ozmózisnyomású oldat elkészítéséhez szükséges 37 °C-on.
Megoldás
Az ilyen típusú problémákat az előzőhöz hasonló módon támadják. Csak az ozmózisnyomás-egyenlet alkalmazása változik, amit a kívánt ismeretlen, jelen esetben az oldott anyag koncentrációjának eléréséhez kell megoldani, ahelyett, hogy közvetlenül használnánk.
1. lépés: Vegyük ki az adatokat az állításból, alakítsuk át az egységeket, és számítsuk ki a vonatkozó moláris tömegeket.
Az első lépés ugyanaz, mint az előző esetben.
| V oldószer = | 100 ml x (1 l/1000 ml) = 0,100 liter | 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 = _ | ? |
2. lépés: Határozza meg a van’t Hoff-tényezőt
Ahogy az előző feladatban láttuk, mivel ez egy erős elektrolit , amely disszociációkor három iont termel, a kalcium-klorid van’t Hoff-tényezője i=3 .
3. lépés: Tisztítsa meg és számítsa ki az oldott anyag moláris koncentrációját.
Mivel egyetlen oldott anyagról van szó, az ozmotikus nyomást a következő képlet adja meg:
A moláris koncentráció kivételével már ismerjük az összes változó értékét, így erre a változóra meg tudjuk oldani ezt az egyenletet:
4. lépés: A molaritási képlet segítségével különítse el az oldott anyag tömegét.
A molaritás vagy moláris koncentráció képlete:
Megoldva ezt az egyenletet az oldott anyag tömegére, msto , a következőt kapjuk:
Válasz
0,0727 g kalcium-kloridot kell lemérni, hogy 100 ml oldatot készítsünk, amelynek ozmózisnyomása 380 Torr 37 °C hőmérsékleten.
Hivatkozások
- Castro, S. (2019). Ozmotikus nyomás Képlet és megoldott gyakorlatok . tanár10 matematika. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Kémia (kilencedik kiadás). McGraw-Hill.
- Ozmotikus nyomás. Mi ez, képlet és példák. (2020). Visual Core. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Kolligatív tulajdonságok : ozmotikus nyomás . Kémia otthon.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
