Tabla de Contenidos
Áp suất thẩm thấu , được biểu thị bằng chữ Hy Lạp pi ( π ), là đặc tính chung của các dung dịch tương ứng với áp suất phải tác dụng lên dung dịch để ngừng thẩm thấu . Loại thứ hai bao gồm việc cho dung môi đi qua màng bán thấm từ dung dịch loãng hơn (hoặc từ bình chứa dung môi nguyên chất) sang dung dịch đậm đặc hơn.
Là một thuộc tính chung, tức là xuất phát từ hiệu ứng tập thể của các hạt tạo nên dung dịch chứ không phải từ bản chất của chúng, áp suất thẩm thấu có thể được tính từ kiến thức về thành phần của dung dịch nói trên. Nói cách khác, nếu chúng ta biết dung dịch được làm từ gì và tất cả các thành phần được tìm thấy với số lượng bao nhiêu, thì chúng ta có thể tính được áp suất thẩm thấu.
Trong phần sau đây, ba ví dụ về cách tính áp suất thẩm thấu trong các trường hợp khác nhau được trình bày:
- Trong các dung dịch có chất tan phân tử hoặc không chất điện ly.
- Trong các dung dịch điện li.
- Trong dung dịch có nhiều chất tan.
Trong bất kỳ trường hợp nào, việc tính toán áp suất thẩm thấu dựa trên việc sử dụng phương trình sau:
trong đó π là áp suất thẩm thấu, R là hằng số khí phổ quát, T là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng Kelvin và M là nồng độ mol của tất cả các hạt chất tan tự do có trong dung dịch. Nồng độ cuối cùng này phụ thuộc vào loại chất tan hoặc các chất tan có mặt, và về cơ bản bao gồm tổng nồng độ của tất cả các hạt hoạt động thẩm thấu, tức là những hạt không thể đi qua màng bán thấm.
Trong trường hợp các chất tan có phân tử trung tính, nghĩa là những chất không phải là chất điện phân, M chỉ đơn giản là nồng độ mol. Tuy nhiên, trong trường hợp chất điện phân, M đại diện cho tổng nồng độ của các ion được hình thành thông qua quá trình phân ly và của các phân tử không bị phân ly.
Vì nồng độ của các ion và của các phân tử không phân ly phụ thuộc vào mức độ phân ly, và điều này được xác định bởi hằng số phân ly và bởi nồng độ ban đầu hoặc nồng độ phân tích của chất tan, nên tổng nồng độ của các hạt hoạt động thẩm thấu có thể liên quan đến nồng độ ban đầu bằng cách nhân với hệ số được gọi là hệ số van’t Hoff, i, được cho bởi:
Yếu tố này có thể được xác định theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào loại chất tan trong câu hỏi:
- Đối với chất điện ly mạnh, những chất phân ly hoàn toàn, hệ số van’t Hoff bằng tổng số ion phân ly thành bất kể điện tích của chúng.
- Đối với chất điện ly yếu, hệ số này có thể được xác định từ hằng số phân ly, nhưng nó cũng được lập bảng cho các chất tan khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, điều này thực tế hơn.
- Trong trường hợp chất tan không điện ly hoặc chất tan phân tử, hệ số chỉ đơn giản là 1.
Nhân nồng độ mol hoặc nồng độ phân tích của chất điện phân với hệ số này dẫn đến nồng độ thực tế của các hạt hoạt động thẩm thấu có trong dung dịch, do đó áp suất thẩm thấu vẫn là:
Các bước tính áp suất thẩm thấu
Việc tính toán áp suất thẩm thấu của bất kỳ giải pháp nào có thể được tóm tắt trong các bước sau:
- Bước 1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
- Bước 2: Xác định loại chất tan hoặc các chất hòa tan và giá trị của hệ số van’t Hoff.
- Bước 3: Tính nồng độ mol hoặc nồng độ mol ban đầu của (các) chất tan.
- Bước 4: Sử dụng công thức tính áp suất thẩm thấu.
Tiếp theo, trình bày cách thực hiện theo các bước sau để tính áp suất thẩm thấu trong ba tình huống nêu trên.
Trường hợp 1: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch không điện li
tuyên bố
Xác định áp suất thẩm thấu ở 25,0°C của dung dịch chứa 30,0 g glucoza (C 6 H 12 O 6 ) được hòa tan trong lượng nước vừa đủ để tạo thành 150,0 mL dung dịch.
Bước #1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
Trong trường hợp này, nhiệt độ, khối lượng của chất tan và thể tích của dung dịch được đưa ra. Nhiệt độ phải được chuyển đổi thành Kelvin và thể tích thành lít (vì nồng độ mol sẽ được tính toán).
Ngoài ra, trừ khi chúng ta đã có số mol của nó, chúng ta luôn cần khối lượng mol của chất tan:
Bước 2: Xác định loại chất tan hoặc các chất hòa tan và giá trị của hệ số van’t Hoff.
Glucose là một hợp chất phân tử trung tính, có nghĩa là nó không điện ly (không phân ly trong dung dịch). Vì lý do này, hệ số van’t Hoff của nó bằng 1.
Bước 3: Tính nồng độ mol hoặc nồng độ mol ban đầu của (các) chất tan.
Vì ta có khối lượng chất tan, thể tích dung dịch và khối lượng mol chất tan nên ta chỉ cần áp dụng công thức tính nồng độ mol:
Bước #4: Sử dụng công thức để tính áp suất thẩm thấu.
Bây giờ chúng ta có mọi thứ chúng ta cần để tính áp suất thẩm thấu. Tùy thuộc vào đơn vị mà chúng ta muốn tính áp suất, chúng ta có thể sử dụng các giá trị khác nhau của hằng số khí lý tưởng. Đối với mục đích của hầu hết các tính toán được thực hiện trong hóa học và sinh học, áp suất này được tính bằng khí quyển, do đó, hằng số khí lý tưởng được sử dụng trong các đơn vị này, nghĩa là 0,08206 atm.L/mol.K:
Trường hợp 2: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch các chất điện li
tuyên bố
Xác định áp suất thẩm thấu ở 37,0 °C của dung dịch chứa 0,900 g natri clorua (NaCl) trên 100,0 mL dung dịch.
Bước 1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
Trong trường hợp này, nhiệt độ, khối lượng của chất tan và thể tích của dung dịch lại được đưa ra. Một lần nữa, nhiệt độ phải được chuyển đổi thành Kelvin và thể tích thành lít và khối lượng mol của chất tan phải được tính:
Bước 2: Xác định loại chất tan hoặc các chất hòa tan và giá trị của hệ số van’t Hoff.
Natri clorua là chất điện ly mạnh phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước. Phản ứng phân ly là:
Như có thể thấy, mỗi đơn vị công thức của NaCl tạo ra hai ion, một cation natri và một anion choride, và không còn đơn vị NaCl không phân ly nào. Do đó, đối với chất tan này, hệ số hoặc hệ số van’t Hoff có giá trị là 2.
Bước #3: Tính nồng độ mol hoặc nồng độ mol ban đầu của (các) chất tan.
Như trong trường hợp trước, chúng ta có khối lượng chất tan, thể tích dung dịch và khối lượng mol của chất tan, do đó nồng độ mol được cho bởi:
Bước #4: Sử dụng công thức để tính áp suất thẩm thấu.
Bước này được thực hiện theo cách tương tự như trước đây. Một lần nữa, chúng ta sẽ tính áp suất thẩm thấu trong khí quyển:
Trường hợp 3: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch có nhiều chất tan
tuyên bố
Xác định áp suất thẩm thấu ở nhiệt độ cơ thể trung bình là 37°C của dung dịch Ringer lactate có thành phần sau:
natri clorua 102,7 mM
27,8 mM natri lactat (NaC 3 H 5 O 3 )
5,4 mM kali clorua
1,8 mM canxi clorua dihydrat.
Đây là một ví dụ quan trọng của việc tính toán áp suất thẩm thấu, vì huyết thanh như dung dịch Ringer lactated được trích dẫn ở trên phải được chuẩn bị với một áp suất thẩm thấu cụ thể. Một số được thiết lập để có cùng áp suất thẩm thấu như huyết thanh, trong khi một số khác được thiết lập để có áp suất thẩm thấu cao hơn hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào tình trạng của bệnh nhân.
Bước 1: Trích xuất dữ liệu từ câu lệnh và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
Trong trường hợp này, chúng tôi có một giải pháp với bốn chất tan khác nhau. Nồng độ của các chất tan được cung cấp trực tiếp, nhưng tính bằng đơn vị mM (milimol) nên phải chuyển đổi về nồng độ mol. Nhiệt độ cũng được cung cấp, nhiệt độ này phải được chuyển đổi thành Kelvin. Phép biến đổi đầu tiên được thực hiện bằng cách chia cho 1000.
Bước 2: Xác định loại chất tan hoặc các chất hòa tan và giá trị của hệ số van’t Hoff.
Natri clorua, natri lactate và kali clorua là những chất điện ly mạnh phân ly để tạo thành 2 ion mỗi loại, vì vậy hệ số van’t Hoff của chúng bằng 2.
Trong trường hợp canxi clorua, phản ứng phân ly là:
Nếu nó phân ly hoàn toàn, tổng cộng sẽ tạo ra 3 ion, tạo ra hệ số van’t Hoff là 3. Tuy nhiên, bằng thực nghiệm người ta đã xác định rằng chất tan này không phân ly hoàn toàn và nó có hệ số nhỏ hơn 2 một chút. 7.
Bước 3: Tính nồng độ mol hoặc nồng độ mol ban đầu của (các) chất tan.
Bước này không cần thiết cho vấn đề này vì tuyên bố đã cung cấp tất cả các nồng độ cần thiết.
Bước 4: Sử dụng công thức tính áp suất thẩm thấu.
Khi có một số chất tan, tổng áp suất thẩm thấu đơn giản tương ứng với tổng đóng góp của từng chất trong số chúng. Điều này có thể được tóm tắt như sau:
trong đó tổng bằng tất cả các chất tan có mặt, dù là chất điện ly hay không điện ly. Kết quả của sự tổng kết này là cái thường được gọi là độ thẩm thấu của dung dịch, nghĩa là tổng nồng độ của tất cả các hạt hoạt động thẩm thấu.
Vì chúng tôi đã có tất cả các dữ liệu cần thiết, mọi thứ chỉ là áp dụng công thức này để tính áp suất thẩm thấu:
Người giới thiệu
Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
Castro, S. (2019, ngày 22 tháng 2). Áp suất thẩm thấu Công thức và bài tập đã giải. Lấy từ https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
Quỹ Đào tạo và Nghiên cứu Sức khỏe của Vùng Murcia. (nd). 2.-Nguyên tắc cơ bản của quá trình thẩm thấu và áp suất thẩm thấu. Tính toán độ thẩm thấu huyết tương (OSMP). Lấy từ http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html
Trẻ. (nd). Chất điện giải: van’t Hoff Factor | Nghị định thư (Dịch sang tiếng Tây Ban Nha). Lấy từ https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?lingu=Spanish
Tabazz, Hoa Kỳ (2012, ngày 20 tháng 9). Điện hóa học. Lấy từ https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482
