Tabla de Contenidos
แรงดันออสโมซิส (Π) หมายถึงแรงดันที่ต้องใช้กับสารละลายเพื่อชะลอการออสโมซิสของตัวทำละลายข้ามเยื่อกึ่งผ่านได้จากแหล่งกักเก็บของตัวทำละลายบริสุทธิ์ นี่คือคุณสมบัติการทำงานร่วมกันของโซลูชันที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านต่างๆ
แรงดันออสโมติกมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในด้านชีววิทยาและการแพทย์ เนื่องจากแรงดันนี้ควบคุมสมดุลของน้ำในเซลล์ที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ในทางกลับกันแรงดันออสโมติกก็มีความสำคัญในด้านวิศวกรรมเช่นกัน เพราะมันแสดงถึงแรงดันขั้นต่ำที่ต้องใช้กับสารละลายเพื่อดำเนินการรีเวิร์สออสโมซิส ซึ่งเป็นขั้นตอนที่เป็นพื้นฐานของการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล
ในกรณีเหล่านี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะสามารถคำนวณแรงดันออสโมติกของสารละลายต่างๆ ได้ ด้วยเหตุผลนี้ ปัญหาในการคำนวณ แรงดันออสโมติกของสารละลายที่มีน้ำเชิงซ้อน แสดงอยู่ด้านล่างนั่นคือ สารละลายที่มีตัวถูกละลายหลายชนิด บางชนิดมีไอออนและบางชนิดไม่มี
ในทางกลับกัน สิ่งสำคัญคือต้องสามารถระบุความเข้มข้นที่ต้องการเพื่อให้ถึงแรงดันออสโมติกที่แน่นอน เพื่อให้สามารถเตรียมสารละลายไฮเปอร์โทนิก ไฮโปโทนิก หรือไอโซโทนิกได้ตามต้องการ มีการนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับประเด็นนี้ด้วย
แรงดันออสโมติกคำนวณอย่างไร?
การคำนวณแรงดันออสโมติกของสารละลายดำเนินการโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
โดยที่ Π คือแรงดันออสโมติกในบรรยากาศ, iคือค่าสัมประสิทธิ์ van’t Hoff, M คือความเข้มข้นโมลาร์ของตัวถูกละลาย, R คือค่าคงที่ของก๊าซในอุดมคติที่มีค่าคือ 0.08206 atm.L/mol.K และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในเคลวิน
ในกรณีของตัวถูกละลายหลายชนิด ความดันออสโมติกทั้งหมดจะคำนวณเป็นผลรวมของส่วนร่วมของตัวถูกละลายแต่ละตัว นั่นคือ:
ค่าของสัมประสิทธิ์ van’t Hoff สามารถกำหนดได้ในทางทฤษฎี (โดยประมาณ) จากจำนวนของอนุภาคที่ตัวถูกละลายแยกตัวออกหากเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เข้มข้น หรือจากความละเอียดของสมดุลไอออนิกในกรณีของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ
อย่างไรก็ตาม ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือค่าที่กำหนดโดยวิธีการทดลอง เช่น การลดลงด้วยความเย็นหรือการพุ่งขึ้นของสารละลายโดยใช้ไอบูลโลสโคป
ปัญหาที่ 1: การคำนวณแรงดันออสโมติกของสารละลายเชิงซ้อน
คำแถลง
คุณต้องการคำนวณแรงดันออสโมติกในหน่วยมิลลิเมตรปรอทของสารละลายที่เตรียมโดยการละลายกลูโคส 5.00 กรัม โซเดียมคลอไรด์ 0.500 กรัม และแคลเซียมคลอไรด์ 0.200 กรัมในน้ำให้เพียงพอเพื่อสร้างสารละลาย 250 มิลลิลิตรที่อุณหภูมิ 25°C .
สารละลาย
การแก้ปัญหาประเภทนี้ดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้:
ขั้นตอนที่ 1: แยกข้อมูลจากคำสั่ง แปลงหน่วย และคำนวณมวลโมลาร์ที่เกี่ยวข้อง
ขั้นตอนแรกเช่นเดียวกับปัญหาทั้งหมดคือการได้รับข้อมูลของคำสั่ง ในกรณีนี้ เราได้รับมวลของตัวถูกละลายสามตัว ปริมาตรรวมของสารละลาย และอุณหภูมิ นอกจากนี้ ตัวถูกละลายจะถูกระบุว่าเป็นกลูโคส (สูตร C 6 H 12 O 6 ) โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) และแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl 2 )
ตารางต่อไปนี้สรุปข้อมูลที่ให้ไว้ เนื่องจากจะมีการคำนวณความเข้มข้นของโมลาร์ จึงต้องมีปริมาตรเป็นลิตร มวลโมลาร์คำนวณโดยการเพิ่มมวลโมลาร์ของแต่ละอะตอมในสูตรตามปกติ
| m กลูโคส = | 5.00g | MM กลูโคส = | 180.16 ก./โมล |
| m NaCl = | 0.500g | MM NaCl = | 58.44 ก./โมล |
| mCaCl2 = _ | 0.200g | MM CaCl2 = | 110.98 ก./โมล |
| V ตัวทำละลาย = | 250 มล. x (1L/1000mL) = 0.250L | ที = | 25°C + 273.15 = 298.15K |
ขั้นตอนที่ 2: คำนวณความเข้มข้นของโมลาร์ของตัวถูกละลายทั้งหมด
สารละลายนี้มีตัวถูกละลาย 3 ตัว ดังนั้นต้องคำนวณโมลาริตี 3 ตัว เหล่านี้คือ:
ขั้นตอนที่ 3: กำหนดปัจจัย van’t Hoff ของตัวถูกละลายแต่ละตัว
ดังที่กล่าวไว้ในตอนต้น ปัจจัยเหล่านี้สามารถกำหนดได้ด้วยการทดลองหรือในทางทฤษฎี ในกรณีนี้เราจะทำตามหลักวิชา
กลูโคส
เนื่องจากเป็นตัว ละลายโมเลกุลที่ไม่แยกตัว ปัจจัย van’t Hoff สำหรับกลูโคสคือi=1
เกลือแกง
NaCl เป็นตัวละลายไอออนิกและยังเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่แรง อีกด้วย ในกรณีนี้ ปัจจัย van’t Hoff ถูกกำหนดโดยจำนวนไอออนหรืออนุภาคทั้งหมดที่ตัวถูกละลายแยกตัวออกจากสารละลาย ต่อไปนี้คือปฏิกิริยาการละลายของตัวถูกละลายนี้:
อย่างที่เราเห็น แต่ละสูตรของ NaCl ที่แยกตัวออกมาจะสร้างไอออนทั้งหมดสองตัว ดังนั้นสำหรับตัวถูกละลายนี้i=2 .
แคลเซียมคลอไรด์
ในกรณีก่อนหน้านี้ แคลเซียมคลอไรด์ประกอบด้วยตัวละลายไอออนิกที่แตกตัวในสารละลายที่เป็นน้ำได้อย่างสมบูรณ์ ปฏิกิริยาการแยกตัวคือ:
ซึ่งแตกต่างจากโซเดียมคลอไรด์ แคลเซียมคลอไรด์ผลิตไอออนสามตัวเมื่อแยกตัวออกจาก กันดังนั้นจึงมีตัวประกอบ van’t Hoff ในทางทฤษฎีเท่ากับi=3
ขั้นตอนที่ 4: ใช้สูตรเพื่อหาแรงดันออสโมติก
ขั้นตอนสุดท้ายคือการกำหนดแรงดันออสโมติก ผลลัพธ์เริ่มต้นจะแสดงเป็นบรรยากาศ ดังนั้นเราจะต้องแปลงเป็น mmHg ตามที่ระบุไว้ในคำสั่ง
คำตอบ
สารละลายจะมีแรงดันออสโมติก 3,740 มิลลิเมตรปรอท
ปัญหาที่ 2: การคำนวณความเข้มข้นจากแรงดันออสโมติก
คำแถลง
หามวลของแคลเซียมคลอไรด์ที่จำเป็นในการเตรียมสารละลาย 100 มล. ด้วยแรงดันออสโมติก 380 Torr ที่อุณหภูมิ 37°C
สารละลาย
ปัญหาประเภทนี้ถูกโจมตีในลักษณะเดียวกับปัญหาก่อนหน้า สิ่งเดียวที่เปลี่ยนแปลงคือการใช้สมการแรงดันออสโมติก ซึ่งต้องแก้ไขเพื่อให้ได้ค่าที่ไม่ทราบค่าที่ต้องการ ในกรณีนี้คือความเข้มข้นของตัวถูกละลาย แทนที่จะใช้โดยตรง
ขั้นตอนที่ 1: แยกข้อมูลจากคำสั่ง แปลงหน่วย และคำนวณมวลโมลาร์ที่เกี่ยวข้อง
ขั้นตอนแรกเหมือนกับในกรณีก่อนหน้า
| V ตัวทำละลาย = | 100 มล. x (1L/1000mL) = 0.100L | ที = | 37°C + 273.15 = 310.15K |
| Π = | 380 ทอร์ (1atm/760 Torr) = 0.500 atm | MM CaCl2 = | 110.98 ก./โมล |
| mCaCl2 = _ | ? |
ขั้นตอนที่ 2: กำหนดปัจจัย van’t Hoff
ดังที่เราเห็นในปัญหาที่แล้ว เนื่องจากมันเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เข้มข้น ซึ่งผลิตไอออนสามตัวเมื่อแยกตัวออก แฟคเตอร์ van’t Hoff ของแคลเซียมคลอไรด์คือi=3
ขั้นตอนที่ 3: ล้างและคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของตัวถูกละลาย
เนื่องจากเป็นตัวละลายเดี่ยว แรงดันออสโมติกถูกกำหนดโดย:
เราทราบค่าของตัวแปรทั้งหมดแล้ว ยกเว้นความเข้มข้นของโมลาร์ เราจึงสามารถแก้สมการนี้สำหรับตัวแปรนั้นได้:
ขั้นตอนที่ 4: ใช้สูตรโมลาริตี แยกมวลของตัวถูกละลาย
สูตรสำหรับโมลาริตีหรือความเข้มข้นของโมลาร์คือ:
การแก้สมการนี้สำหรับมวลของตัวถูกละลาย msto จะได้:
คำตอบ
ต้องชั่งน้ำหนักแคลเซียมคลอไรด์ 0.0727 กรัมเพื่อเตรียมสารละลาย 100 มล. ที่มีแรงดันออสโมติก 380 Torr ที่อุณหภูมิ 37 °C
อ้างอิง
- คาสโตร เอส. (2019). สูตรแรงดันออสโมติกและแบบฝึกหัดที่แก้ไข ครู10คณิต https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- ช้าง ร. (2564). เคมี (พิมพ์ครั้งที่เก้า). แมคกรอว์-ฮิลล์
- แรงดันออสโมซิส. มันคืออะไร สูตรและตัวอย่าง (2563). วิชวลคอร์ https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- ซาปาตา, ม. (2020). คุณสมบัติ Colligative : แรงดันออสโมติก เคมีที่บ้าน.คอม. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
