Tabla de Contenidos
Ciśnienie osmotyczne (Π) odnosi się do ciśnienia, które należy zastosować do roztworu, aby spowolnić osmozę rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę ze zbiornika czystego rozpuszczalnika. Jest to zbiorcza właściwość rozwiązań, która ma ogromne znaczenie w różnych dziedzinach.
Ciśnienie osmotyczne jest szczególnie istotne w biologii i medycynie, ponieważ reguluje równowagę wodną komórek, z których składają się wszystkie żywe istoty. Z drugiej strony ciśnienie osmotyczne jest również ważne w dziedzinie inżynierii, ponieważ reprezentuje minimalne ciśnienie, jakie należy zastosować do roztworu, aby przeprowadzić odwróconą osmozę, procedurę stanowiącą podstawę odsalania wody morskiej.
W każdym z tych przypadków niezbędna jest umiejętność obliczenia ciśnienia osmotycznego różnych roztworów. Z tego powodu poniżej przedstawiono problem obliczania ciśnienia osmotycznego złożonego roztworu wodnego , to znaczy takiego, który zawiera kilka substancji rozpuszczonych, niektóre jonowe, a inne nie.
Z drugiej strony ważna jest również umiejętność określenia stężenia wymaganego do osiągnięcia określonego ciśnienia osmotycznego, aby w razie potrzeby móc przygotować roztwory hipertoniczne, hipotoniczne lub izotoniczne. Przedstawiono również rozwiązanie problemu dotyczącego tego punktu.
Jak oblicza się ciśnienie osmotyczne?
Obliczenie ciśnienia osmotycznego roztworu przeprowadza się za pomocą następującego wzoru:
Gdzie Π to ciśnienie osmotyczne w atmosferach, i to współczynnik van’t Hoffa, M to stężenie molowe substancji rozpuszczonej, R to stała gazu doskonałego , której wartość wynosi 0,08206 atm.L/mol.K, a T to temperatura bezwzględna w kelwinach.
W przypadku kilku substancji rozpuszczonych całkowite ciśnienie osmotyczne oblicza się jako sumę wkładów każdej substancji rozpuszczonej, to znaczy:
Wartości współczynników van’t Hoffa można wyznaczyć teoretycznie (w przybliżeniu) na podstawie liczby cząstek, na jakie dysocjuje substancja rozpuszczona, jeśli jest to silny elektrolit, lub na podstawie rozdzielczości równowagi jonowej w przypadku słabych elektrolitów .
Jednak najbardziej odpowiednią wartością jest ta, która jest określana za pomocą eksperymentów, takich jak zejście krioskopowe lub ebuloskopowe wznoszenie się roztworu.
Zadanie 1: Obliczenie ciśnienia osmotycznego złożonego roztworu
oświadczenie
Chcesz obliczyć ciśnienie osmotyczne, w milimetrach słupa rtęci, roztworu przygotowanego przez rozpuszczenie 5,00 g glukozy, 0,500 g chlorku sodu i 0,200 g chlorku wapnia w ilości wody wystarczającej do sporządzenia 250 ml roztworu o temperaturze 25°C. .
Rozwiązanie
Rozwiązanie tego typu problemów odbywa się w następujących krokach:
Krok 1: Wyodrębnij dane z zestawienia, przekształć jednostki i oblicz odpowiednie masy molowe.
Pierwszym krokiem, jak we wszystkich problemach, jest uzyskanie danych wyciągu. W tym przypadku podane są masy trzech substancji rozpuszczonych, całkowita objętość roztworu i temperatura. Ponadto wskazano, że substancjami rozpuszczonymi są glukoza (wzór C 6 H 12 O 6 ), chlorek sodu (NaCl) i chlorek wapnia (CaCl 2 ).
Poniższa tabela zawiera podsumowanie dostarczonych danych. Ponieważ zostaną obliczone stężenia molowe, wymagana jest objętość w litrach. Masy molowe obliczono, dodając masy molowe każdego atomu obecnego we wzorze, jak to jest normalne.
| m glukoza = | 5,00g | glukoza MM = | 180,16 g/mol |
| m NaCl = | 0,500g | MM NaCl = | 58,44 g/mol |
| mCaCl2 = _ | 0,200g | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| V rozpuszczalnik = | 250 ml x (1 l/1000 ml) = 0,250 l | T = | 25°C + 273,15 = 298,15 K |
Krok 2: Oblicz stężenie molowe wszystkich substancji rozpuszczonych.
Ten roztwór zawiera 3 substancje rozpuszczone, więc należy obliczyć 3 molarności. To są:
Krok 3: Określ współczynnik van’t Hoffa dla każdej substancji rozpuszczonej.
Jak wspomniano na wstępie, czynniki te można wyznaczyć doświadczalnie lub teoretycznie. W tym przypadku zrobimy to teoretycznie.
Glukoza
Ponieważ jest to substancja rozpuszczona molekularnie, która nie dysocjuje, współczynnik van’t Hoffa dla glukozy wynosi i=1 .
Chlorek sodu
NaCl jest jonową substancją rozpuszczoną, a także silnym elektrolitem. W tym przypadku współczynnik van’t Hoffa jest określany przez całkowitą liczbę jonów lub cząstek, na które dysocjuje substancja rozpuszczona w roztworze. Poniżej przedstawiono reakcję rozpuszczania tej substancji rozpuszczonej:
Jak widać, każda formuła NaCl, która dysocjuje, wytwarza w sumie dwa jony, więc dla tej substancji rozpuszczonej i=2 .
Chlorek wapnia
Podobnie jak w poprzednim przypadku chlorek wapnia składa się z jonowej substancji rozpuszczonej, która całkowicie dysocjuje w roztworze wodnym. Reakcja dysocjacji to:
W przeciwieństwie do chlorku sodu, chlorek wapnia podczas dysocjacji wytwarza trzy jony, więc jego teoretyczny współczynnik van’t Hoffa wynosi i=3 .
Krok 4: Użyj wzoru, aby określić ciśnienie osmotyczne.
Ostatnim krokiem jest określenie samego ciśnienia osmotycznego. Początkowy wynik będzie wyrażony w atmosferach, więc będziemy musieli go następnie przekształcić na mmHg, jak określono w oświadczeniu.
Odpowiedź
Roztwór będzie miał ciśnienie osmotyczne 3740 mmHg.
Zadanie 2: Obliczanie stężenia na podstawie ciśnienia osmotycznego
oświadczenie
Określ masę chlorku wapnia potrzebną do przygotowania 100 ml roztworu o ciśnieniu osmotycznym 380 torów w temperaturze 37°C.
Rozwiązanie
Ten typ problemu jest atakowany w podobny sposób jak poprzedni. Jedyne, co się zmienia, to użycie równania ciśnienia osmotycznego, które należy rozwiązać, aby uzyskać pożądaną niewiadomą, w tym przypadku stężenie substancji rozpuszczonej, zamiast używać go bezpośrednio.
Krok 1: Wyodrębnij dane z zestawienia, przekształć jednostki i oblicz odpowiednie masy molowe.
Pierwszy krok jest taki sam jak w poprzednim przypadku.
| V rozpuszczalnik = | 100 ml x (1 l/1000 ml) = 0,100 l | T = | 37°C + 273,15 = 310,15 K |
| Π = | 380 tor. (1 atm/760 tor) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Krok 2: Określ współczynnik van’t Hoffa
Jak widzieliśmy w poprzednim zadaniu, ponieważ jest to silny elektrolit , który podczas dysocjacji wytwarza trzy jony, współczynnik van’t Hoffa dla chlorku wapnia wynosi i=3 .
Krok 3: Wyczyść i oblicz stężenie molowe substancji rozpuszczonej.
Ponieważ jest to pojedyncza substancja rozpuszczona, ciśnienie osmotyczne wyraża się wzorem:
Znamy już wartości wszystkich zmiennych oprócz stężenia molowego, więc możemy rozwiązać to równanie dla tej zmiennej:
Krok 4: Korzystając ze wzoru na molowość, wyizoluj masę substancji rozpuszczonej.
Wzór na molowość lub stężenie molowe to:
Rozwiązanie tego równania dla masy substancji rozpuszczonej, msto , daje:
Odpowiedź
Aby przygotować 100 ml roztworu o ciśnieniu osmotycznym 380 torów w temperaturze 37°C, należy odważyć 0,0727 g chlorku wapnia.
Bibliografia
- Castro, S. (2019). Ciśnienie osmotyczne Wzór i rozwiązane zadania . nauczyciel10matematyka. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Chemia (wyd. Dziewiąte). McGraw-Hill.
- Ciśnienie osmotyczne. Co to jest, formuła i przykłady. (2020). Rdzeń wizualny. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Właściwości koligatywne : ciśnienie osmotyczne . Chemia w home.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
