Tabla de Contenidos
Yunan harfi pi ( π ) ile temsil edilen ozmotik basınç , ozmozu durdurmak için bir çözeltiye uygulanması gereken basınca karşılık gelen, çözeltilerin kolligatif bir özelliğidir . İkincisi, çözücünün yarı geçirgen bir zardan daha seyreltik bir çözeltiden (veya bir saf çözücü deposundan) daha konsantre bir çözeltiye geçişinden oluşur.
Koligatif bir özellik olduğundan, yani bir çözeltiyi oluşturan parçacıkların doğalarından değil, ortak etkilerinden gelir, ozmotik basınç, söz konusu çözeltinin bileşimi bilgisinden hesaplanabilir. Başka bir deyişle, bir çözeltinin neyden yapıldığını ve tüm bileşenlerin hangi miktarlarda bulunduğunu bilirsek, o zaman ozmotik basıncı hesaplayabiliriz.
Aşağıdaki bölümde, farklı durumlarda ozmotik basıncın hesaplanmasına ilişkin üç örnek sunulmaktadır:
- Moleküler çözünen içeren veya elektrolit içermeyen çözeltilerde.
- Elektrolit solüsyonlarında.
- Birkaç çözünen içeren çözeltilerde.
Bu durumların herhangi birinde, ozmotik basıncın hesaplanması aşağıdaki denklemin kullanımına dayanır:
burada π ozmotik basınçtır, R evrensel gaz sabitidir, T Kelvin cinsinden mutlak sıcaklıktır ve M çözeltide bulunan tüm serbest çözünen parçacıkların molar konsantrasyonudur. Bu son konsantrasyon, mevcut çözünen maddenin veya çözünen maddenin türüne bağlıdır ve temel olarak tüm ozmotik olarak aktif parçacıkların, yani yarı geçirgen bir zarı geçemeyenlerin konsantrasyonlarının toplamından oluşur.
Nötr moleküler çözünenler, yani elektrolit olmayanlar söz konusu olduğunda, M basitçe molaritedir. Bununla birlikte, elektrolitler söz konusu olduğunda M, ayrışma yoluyla oluşan iyonların ve ayrışmamış kalan moleküllerin konsantrasyonlarının toplamını temsil eder.
İyonların ve ayrışmamış moleküllerin konsantrasyonu, ayrışma derecesine bağlı olduğundan ve bu, ayrışma sabiti ve çözünenin başlangıç veya analitik konsantrasyonu tarafından belirlendiğinden, o zaman ozmotik olarak aktif parçacıkların toplam konsantrasyonu, van’t Hoff faktörü olarak bilinen bir faktörle çarpılarak ilk konsantrasyon , i, şu şekilde verilir:
Bu faktör, söz konusu çözünenin türüne bağlı olarak farklı şekillerde belirlenebilir:
- Tamamen ayrışan güçlü elektrolitler için van’t Hoff faktörü, elektrik yüklerinden bağımsız olarak ayrışan iyonların toplam sayısına eşittir.
- Zayıf elektrolitler için bu faktör ayrışma sabitinden belirlenebilir, ancak daha pratik olan farklı sıcaklıklardaki farklı çözünen maddeler için de tablolaştırılmıştır.
- Elektrolit olmayan çözünen maddeler veya moleküler çözünen maddeler söz konusu olduğunda, faktör basitçe 1’dir.
Elektrolitin molaritesini veya analitik konsantrasyonunu bu faktörle çarpmak, çözeltide bulunan ozmotik olarak aktif parçacıkların gerçek konsantrasyonuyla sonuçlanır, böylece ozmotik basınç şu şekilde kalır:
Ozmotik Basıncı Hesaplama Adımları
Herhangi bir çözeltinin ozmotik basıncının hesaplanması aşağıdaki adımlarda özetlenebilir:
- Adım 1: Verileri ifadeden çıkarın ve gerekli birim dönüşümlerini gerçekleştirin.
- Adım 2: Çözünen veya çözünen türü ve katsayı veya van’t Hoff faktörünün değerini belirleyin.
- Adım 3: Çözünen(ler)in başlangıç molaritesini veya molar konsantrasyonunu hesaplayın.
- Adım 4: Ozmotik basıncı hesaplamak için formülü kullanın.
Ardından, yukarıda belirtilen üç durumda ozmotik basıncı hesaplamak için bu adımların nasıl izleneceği gösterilmektedir.
Durum 1: Elektrolit olmayan bir çözeltinin ozmotik basıncının hesaplanması
ifade
150,0 mL çözelti yapmak için yeterli suda çözülmüş 30,0 g glikoz (C6H1206 ) içeren bir çözeltinin 25,0 °C’deki ozmotik basıncını belirleyin .
Adım #1: İfadeden verileri çıkarın ve gerekli birim dönüşümlerini gerçekleştirin.
Bu durumda, sıcaklık, çözünenin kütlesi ve çözeltinin hacmi verilir. Sıcaklık Kelvin’e ve hacim litreye dönüştürülmelidir (çünkü molarite hesaplanacaktır).
Ayrıca, mol sayısına zaten sahip olmadığımız sürece, her zaman çözünen maddenin molar kütlesine ihtiyacımız vardır:
Adım 2: Çözünen veya çözünen türü ve katsayı veya van’t Hoff faktörünün değerini belirleyin.
Glikoz, nötr bir moleküler bileşiktir, yani elektrolit değildir (çözelti içinde ayrışmaz). Bu nedenle van’t Hoff faktörü 1’e eşittir.
Adım 3: Çözünen(ler)in başlangıç molaritesini veya molar konsantrasyonunu hesaplayın.
Çözünen maddenin kütlesine, çözeltinin hacmine ve çözünen maddenin molar kütlesine sahip olduğumuz için, sadece molarite formülünü uygulamamız gerekir:
Adım #4: Ozmotik basıncı hesaplamak için formülü kullanın.
Artık ozmotik basıncı hesaplamak için ihtiyacımız olan her şeye sahibiz. Basıncı hesaplamak istediğimiz birimlere bağlı olarak ideal gaz sabitinin farklı değerlerini kullanabiliriz. Kimya ve biyolojide yapılan hesaplamaların çoğunda, bu basınç atmosferlerde hesaplanır, dolayısıyla bu birimlerde ideal gaz sabiti kullanılır, yani 0,08206 atm.L/mol.K:
Durum 2: Bir elektrolit çözeltisinin ozmotik basıncının hesaplanması
ifade
100,0 mL çözelti başına 0,900 g sodyum klorür (NaCl) içeren bir çözeltinin 37,0 °C’deki ozmotik basıncını belirleyin.
Adım 1: Verileri ifadeden çıkarın ve gerekli birim dönüşümlerini gerçekleştirin.
Bu durumda, sıcaklık, çözünenin kütlesi ve çözeltinin hacmi yine verilir. Yine sıcaklık Kelvin’e dönüştürülmeli ve hacim litre cinsinden ve çözünen maddenin molar kütlesi hesaplanmalıdır:
Adım 2: Çözünen veya çözünen türü ve katsayı veya van’t Hoff faktörünün değerini belirleyin.
Sodyum klorür, sulu çözeltide tamamen ayrışan güçlü bir elektrolittir. Ayrışma reaksiyonu:
Görülebileceği gibi, NaCl’nin her bir formül birimi iki iyon, bir sodyum katyonu ve bir korit anyonu verir ve ayrışmamış NaCl birimi kalmaz. Bu nedenle, bu çözünen için van’t Hoff katsayısı veya faktörü 2 değerine sahiptir.
Adım #3: Çözünen(ler)in başlangıç molaritesini veya molar konsantrasyonunu hesaplayın.
Önceki durumda olduğu gibi, çözünen maddenin kütlesine, çözeltinin hacmine ve çözünen maddenin molar kütlesine sahibiz, dolayısıyla molarite şu şekilde verilir:
Adım #4: Ozmotik basıncı hesaplamak için formülü kullanın.
Bu adım, öncekiyle aynı şekilde gerçekleştirilir. Yine atmosferlerdeki ozmotik basıncı hesaplayacağız:
Durum 3: Birkaç çözünen içeren bir çözeltinin ozmotik basıncının hesaplanması
ifade
Aşağıdaki bileşime sahip laktatlı bir Ringer çözeltisinin 37°C ortalama vücut sıcaklığındaki ozmotik basıncını belirleyin:
102,7 mM sodyum klorür
27,8 mM sodyum laktat ( NaC3H5O3 )
5,4 mM potasyum klorür
1.8 mM kalsiyum klorür dihidrat.
Bu, ozmotik basıncı hesaplamanın önemli bir örneğidir, çünkü yukarıda belirtilen laktatlı Ringer solüsyonu gibi seralar belirli bir ozmotik basınçla hazırlanmalıdır. Bazıları kan serumu ile aynı ozmotik basınca sahip olacak şekilde ayarlanırken, diğerleri hastanın koşullarına bağlı olarak daha yüksek veya daha düşük ozmotik basınca sahip olacak şekilde ayarlanmıştır.
Adım 1: Verileri ifadeden çıkarın ve gerekli birim dönüşümlerini gerçekleştirin.
Bu durumda, dört farklı çözüneni olan bir çözümümüz var. Çözünenlerin konsantrasyonları doğrudan sağlanır, ancak mM (milimolar) birimlerindedir, bu nedenle molariteye dönüştürülmeleri gerekir. Kelvin’e dönüştürülmesi gereken sıcaklık da sağlanır. İlk dönüşüm 1000’e bölünerek gerçekleştirilir.
Adım 2: Çözünen veya çözünen türü ve katsayı veya van’t Hoff faktörünün değerini belirleyin.
Sodyum klorür, sodyum laktat ve potasyum klorür, her biri 2 iyon oluşturmak üzere ayrışan güçlü elektrolitlerdir, bu nedenle van’t Hoff katsayıları 2’ye eşittir.
Kalsiyum klorür durumunda, ayrışma reaksiyonu şöyledir:
Tamamen ayrışırsa, toplamda 3 iyon üretilecek ve van’t Hoff faktörü 3 verecek. Ancak, bu çözünenin tamamen ayrışmadığı ve 2’den biraz daha az bir faktöre sahip olduğu deneysel olarak belirlenmiştir. 7.
Adım 3: Çözünen(ler)in başlangıç molaritesini veya molar konsantrasyonunu hesaplayın.
İfade gerekli tüm konsantrasyonları sağladığından, bu adım bu problem için gerekli değildir.
Adım 4: Ozmotik basıncı hesaplamak için formülü kullanın.
Birkaç çözünen olduğunda, toplam ozmotik basınç, her birinin katkılarının toplamına karşılık gelir. Bu, aşağıdaki gibi özetlenebilir:
toplamın, elektrolit olsun veya olmasın, mevcut tüm çözünenlerin üzerinde olduğu yer. Bu toplamın sonucu, genellikle çözeltinin ozmolaritesi olarak bilinen, yani ozmotik olarak aktif tüm parçacıkların toplam konsantrasyonudur.
Gerekli tüm verilere zaten sahip olduğumuz için, her şey ozmotik basıncı hesaplamak için bu formülü uygulama meselesidir:
Referanslar
Brown, T. (2021). Kimya: Merkezi Bilim (11. baskı). Londra, İngiltere: Pearson Education.
Castro, S. (2019, 22 Şubat). Ozmotik basınç formülü ve çözülmüş alıştırmalar. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html adresinden alındı.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ve Herranz, ZR (2020). Kimya (10. baskı). New York, NY: MCGRAW-HILL.
Murcia Bölgesi Sağlık Eğitimi ve Araştırma Vakfı. (son). 2.-Ozmoz ve ozmotik basıncın temel ilkeleri. Plazmatik ozmolalitenin (OSMP) hesaplanması. http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html adresinden alındı.
Genç. (son). Elektrolitler: van’t Hoff Faktörü | Protokol (İspanyolcaya çevrildi). https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=Spanish adresinden alındı.
Tabazz, U. (2012, 20 Eylül). Elektrokimya. https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482 adresinden alındı.