![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свойства растворов. Законы Генри и Вант-Гоффа. Закон Рауля. Осмотическое давление и его роль в биологических процессах
Растворами называют гомогенные (физически однородные) смеси двух или нескольких веществ. Физическая однородность достигается равномерным перемешиванием молекул, в отличие от смесей, где перемешиваются макроскопические частицы. Вещество, которого больше, чем других, называют растворителем. В отличие от химических соединений количества веществ в растворах мо гут быть в более или менее широком диапазоне отношений между собой. С химическими соединениями их сближает взаимодействие растворителя и растворенного вещества, которое приводит к тепловому эффекту и изменению суммарного объема. Тепловой эффект может составлять десятки килоджоулей на моль растворенного вещества. Под теплотой растворения понимается количество тепла, которое поглощается или выделяется при растворении одного моля вещества в таком большом количестве растворителя, что дальнейшее его добавление не приводит к поглощению или выделению тепла. Раствор, содержащий наибольшее количество вещества, которое может в нем раствориться, называется насыщенным. Концентрация насыщенного раствора – мера способности растворять называется растворимостью. Растворимость зависит от температуры, и характер этой зависимости определяется тепловым эффектом в полном согласии с принципом Ле-Шателье (Если на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие). При повышении температуры, если теплота растворения положительна, часть вещества из раствора будет выпадать, приводя к некоторому понижению температуры. При отрицательной теплоте растворения, часть вещества будет уходить в раствор. При растворении газов теплота почти всегда положительна, так как почти невзаимодействующие между собой частицы газа, переходя в раствор, подвергаются сильному притяжению молекул растворителя. Поэтому растворимость газов с повышением температуры падает. В силу того же принципа Ле-Шателье растворимость газов при постоянной температуре растет с повышением давления. Этому есть простое молекулярно-кинетическое объяснение. Поскольку в состоянии статистического равновесия скорости перехода газа в раствор и обратно уравновешены, а сами скорости пропорциональны числу ударов молекул о поверхность раздела, т. е. давлению газа над поверхностью и концентрации его в растворе (растворимости), то для слабых растворов выполняется закон Генри: растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над поверхностью. где:
Если два раствора отделены пористой перегородкой, через которую способны проходить растворитель и растворенное вещество, то концентрации будут выравниваться. Существуют, однако, перегородки, проницаемые для растворителя и непроницаемые для растворенного вещества. В этом случае молекулы чистого растворителя будут переходить в область, занятую раствором. Это явление называется осмосом. О́ смос — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́ льшей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества. В результате этого процесса возникает разность давлений. С повышением давления осмос прекращается, а достигнутая разность давлений называется осмотическим давлением. Поскольку растворитель проходит свободно, равновесие устанавливается тогда, когда числа молекул его, сталкивающихся с перегородкой с обеих ее сторон, будут одинаковы. Удары молекул растворенного вещества со стороны чистого растворителя ничем не компенсируются. Для разбавленных растворов величину осмотического давления можно вычислить исходя из того, что темпера тура молекул растворенного вещества и растворителя одинакова для жидкостей и газов. Для разбавленных растворов число ударов растворенного вещества о мембрану будет таким же, как у идеального газа, поэтому осмотическое давление будет таким же: где ν ʹ – число молей растворенного вещества. Эта формула составляет содержание закона Вант-Гоффа: «Осмотическое давление пропорционально объём ной молярной концентрации растворенного вещества». Если концентрация раствора, например, 1 моль на литр, то при комнатной температуре: В растворах электролитов осмотическое давление оказывается выше, так как число частиц из-за диссоциации становится больше. Однако если под N’ понимать общее число частиц, то формула становится правильной. Формула может служить для определения степени диссоциации, а также молекулярных весов таких химических соединений, которые не могут быть получены в газообразном состоянии, например, белков и полимеров. Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то свободная поверхность ведет себя как полупроницаемая перегородка, через которую не могут проходить молекулы растворенного вещества. Вследствие этого при одной и той же температуре давление насыщенного пара над раствором будет меньше, чем над чистой жидкостью (растворителем). Чтобы показать это, рассмотрим осмометр под колпаком.
В слабых растворах плотность раствора практически равна плотности жидкого растворителя, и отношение плотностей в последней формуле равно отношению объемных концентраций паров и жидкого растворителя: рп/рж = nп/nж. С использованием закона Вант-Гоффа: Закон Рауля: относительное изменение давления насыщающих паров над раствором при равновесии равно отношению объемной концентрации растворенного вещества к объемной концентрации растворителя в жидкой фазе. Роль: Осмос играет огромную роль в обмене веществ, который осуществляется через полупроницаемые перегородки (мембраны) растительных и животных клеток. Величина осмотического давления у растений достигает 20 атм, поэтому вода из почвы может поступать на большую высоту (~200 м). Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию. Осмотическое давление крови человека 7, 6 ¸ 7, 9 атм, однако разность давлений крови и лимфы всего 0, 03 ¸ 0, 04 атм, она имеет большое значение для перехода воды между ними. Благодаря наличию сложных механизмов регулирования клетки обладают лишь незначительно повышенным или равным осмотическим давлением по отношению к омывающим внутренние органы жидкостям. Падение разности осмотических давлений при обезвоживании организма приводит к их коллапсу, а обессоливание – может привести к набуханию и разрыву клеток. Так возникает осмотический шок.
|