Tabla de Contenidos
Osmotiskt tryck (Π) hänvisar till det tryck som måste appliceras på en lösning för att bromsa osmos av lösningsmedel över ett semipermeabelt membran från en reservoar av rent lösningsmedel. Detta är en kolligativ egenskap hos lösningar som är av stor betydelse inom olika områden.
Osmotiskt tryck är särskilt relevant inom biologi och medicin, eftersom det reglerar vattenbalansen i cellerna som utgör alla levande varelser. Å andra sidan är osmotiskt tryck också viktigt inom teknikområdet eftersom det representerar det lägsta tryck som måste appliceras på en lösning för att utföra omvänd osmos, en procedur som ligger till grund för avsaltning av havsvatten.
I något av dessa fall är det viktigt att kunna beräkna det osmotiska trycket för olika lösningar. Av denna anledning presenteras ett problem för att beräkna det osmotiska trycket för en komplex vattenlösning nedan , det vill säga en som innehåller flera lösta ämnen, några joniska och andra inte.
Å andra sidan är det också viktigt att kunna bestämma den koncentration som krävs för att nå ett visst osmotiskt tryck för att kunna framställa hypertona, hypotona eller isotoniska lösningar efter behov. Lösningen av ett problem som handlar om denna punkt presenteras också.
Hur beräknas osmotiskt tryck?
Beräkningen av det osmotiska trycket för en lösning utförs med hjälp av följande formel:
Där Π är det osmotiska trycket i atmosfärer, i är van’t Hoff-koefficienten, M är molkoncentrationen av det lösta ämnet, R är den ideala gaskonstanten vars värde är 0,08206 atm.L/mol.K och T är den absoluta temperaturen i kelvin.
I fallet med flera lösta ämnen beräknas det totala osmotiska trycket som summan av bidragen från varje löst ämne, det vill säga:
Värdena på van’t Hoff-koefficienterna kan bestämmas teoretiskt (ungefärligt) från antalet partiklar som det lösta ämnet dissocierar till om det är en stark elektrolyt, eller från upplösningen av jonisk jämvikt i fallet med svaga elektrolyter .
Det mest lämpliga värdet är dock det som bestäms med hjälp av experiment som kryoskopisk nedstigning eller ebulloskopisk uppstigning av en lösning.
Uppgift 1: Beräkning av det osmotiska trycket för en komplex lösning
påstående
Du vill beräkna det osmotiska trycket, i millimeter kvicksilver, för en lösning framställd genom att lösa 5,00 g glukos, 0,500 g natriumklorid och 0,200 g kalciumklorid i tillräckligt med vatten för att göra 250 ml lösning vid 25°C. .
Lösning
Lösningen av denna typ av problem utförs genom följande steg:
Steg 1: Extrahera data från påståendet, transformera enheterna och beräkna relevanta molära massor.
Det första steget, som i alla problem, är att få fram uppgifterna i uttalandet. I det här fallet får vi massan av tre lösta ämnen, den totala volymen av lösningen och temperaturen. Dessutom indikeras de lösta ämnena vara glukos (formel C6H12O6 ) , natriumklorid (NaCl) och kalciumklorid ( CaCl2 ) .
Följande tabell sammanfattar de uppgifter som tillhandahålls. Eftersom molära koncentrationer kommer att beräknas krävs volymen i liter. Molmassorna beräknades genom att addera molmassorna för varje atom som finns i formeln, som är normalt .
| m glukos = | 5,00 g | MM glukos = | 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 lösningsmedel = | 250 ml x (1 L/1000 ml) = 0,250 L | T = | 25°C + 273,15 = 298,15K |
Steg 2: Beräkna molkoncentrationen av alla lösta ämnen.
Denna lösning innehåller 3 lösta ämnen, så 3 molariteter måste beräknas. Dessa är:
Steg 3: Bestäm van’t Hoff-faktorn för varje löst ämne.
Som nämnts i början kan dessa faktorer bestämmas experimentellt eller teoretiskt. I det här fallet kommer vi att göra det teoretiskt.
Glukos
Eftersom det är ett molekylärt löst ämne som inte dissocierar, är van’t Hoff-faktorn för glukos i=1 .
Natriumklorid
NaCl är ett joniskt löst ämne och är också en stark elektrolyt. I det här fallet bestäms van’t Hoff-faktorn av det totala antalet joner eller partiklar som det lösta ämnet dissocierar i i lösning. Följande är upplösningsreaktionen för detta lösta ämne:
Som vi kan se producerar varje formel för NaCl som dissocierar totalt två joner, så för detta lösta ämne är i=2 .
Kalciumklorid
Liksom i föregående fall består kalciumklorid av ett joniskt löst ämne som helt dissocierar i vattenlösning. Dissociationsreaktionen är:
Till skillnad från natriumklorid producerar kalciumklorid tre joner vid dissociation, så den har en teoretisk van’t Hoff-faktor på i=3 .
Steg 4: Använd formeln för att bestämma det osmotiska trycket.
Det sista steget är att bestämma själva det osmotiska trycket. Det initiala resultatet kommer att uttryckas i atmosfärer, så vi måste sedan omvandla det till mmHg, som specificerats i uttalandet.
Svar
Lösningen kommer att ha ett osmotiskt tryck på 3 740 mmHg.
Uppgift 2: Beräkning av koncentration från osmotiskt tryck
påstående
Bestäm massan av kalciumklorid som behövs för att framställa 100 ml lösning med ett osmotiskt tryck på 380 Torr vid 37°C.
Lösning
Den här typen av problem angrips på ett liknande sätt som det tidigare. Det enda som förändras är användningen av den osmotiska tryckekvationen, som måste lösas för att erhålla det önskade okända, i detta fall koncentrationen av lösta ämnen, istället för att användas direkt.
Steg 1: Extrahera data från påståendet, transformera enheterna och beräkna relevanta molära massor.
Det första steget är detsamma som i föregående fall.
| V lösningsmedel = | 100 ml x (1 L/1000 ml) = 0,100 L | T = | 37°C + 273,15 = 310,15K |
| Π = | 380 Torr. (1 atm/760 Torr) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Steg 2: Bestäm van’t Hoff-faktorn
Som vi såg i föregående problem, eftersom det är en stark elektrolyt som producerar tre joner när den dissocierar, är van’t Hoff-faktorn för kalciumklorid i=3 .
Steg 3: Rensa och beräkna molkoncentrationen av det lösta ämnet.
Eftersom det är ett enda löst ämne, ges det osmotiska trycket av:
Vi känner redan till värdena för alla variabler utom molär koncentration, så vi kan lösa denna ekvation för den variabeln:
Steg 4: Använd molaritetsformeln för att isolera massan av löst ämne.
Formeln för molaritet eller molär koncentration är:
Att lösa denna ekvation för massan av det lösta ämnet, msto , ger :
Svar
0,0727 g kalciumklorid måste vägas för att framställa 100 ml av en lösning som har ett osmotiskt tryck på 380 Torr vid en temperatur på 37 °C.
Referenser
- Castro, S. (2019). Osmotiskt tryck Formel och lösta övningar . lärare 10 matematik. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Kemi (nionde upplagan). McGraw-Hill.
- Osmotiskt tryck. Vad är det, formel och exempel. (2020). Visuell kärna. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Kolligativa egenskaper : osmotiskt tryck . Kemi på home.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
