Εξίσωση ωσμωτικής πίεσης

Η όσμωση είναι η μεταφορά νερού από μια περιοχή με χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας σε μια περιοχή με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας και είναι μια φυσική διαδικασία. Μια διαλυμένη ουσία είναι ένα μείγμα ατόμων, ιόντων ή μορίων που έχει διαλυθεί σε ένα υγρό. Καθορίζεται από τον συνολικό αριθμό των σωματιδίων που διαλύονται σε ένα διάλυμα ότι μπορεί να υπολογιστεί ο ρυθμός όσμωσης. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σωματιδίων που διαλύονται, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός όσμωσης.

Λόγω της παρουσίας μιας μεμβράνης, το νερό θα ρέει στη θέση που περιέχει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Η πίεση που σχηματίζεται από το νερό που ταξιδεύει πάνω από μια μεμβράνη ως αποτέλεσμα της όσμωσης είναι γνωστή ως οσμωτική πίεση. Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα νερού που κινείται πάνω από τη μεμβράνη, τόσο μεγαλύτερη είναι η οσμωτική πίεση.

Είναι δυνατός ο υπολογισμός της οσμωτικής πίεσης με τη χρήση του ακόλουθου τύπου:

π =iCRT

Όπου I είναι ο συντελεστής van’t Hoff και π είναι η οσμωτική πίεση, αντίστοιχα.

Η μοριακή συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα συμβολίζεται με το γράμμα C.

Η καθολική σταθερά αερίου συμβολίζεται με το γράμμα R.

Η θερμοκρασία συμβολίζεται με το γράμμα T.

ΟΣΜΩΣΗ ΚΑΙ ΟΣΜΩΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

Είναι η μετανάστευση των μορίων του διαλύτη μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης από μια περιοχή όπου η συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας είναι χαμηλή σε μια περιοχή όπου η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας είναι υψηλή που αναφέρεται ως όσμωση. Τελικά, επιτυγχάνεται μια κατάσταση ισορροπίας μεταξύ των δύο πλευρών της ημιπερατής μεμβράνης. Σε περίπτωση που ασκηθεί σημαντική ποσότητα πίεσης στην πλευρά διαλύματος μιας ημιπερατής μεμβράνης, η διαδικασία όσμωσης θα σταματήσει. Η ωσμωτική πίεση ορίζεται ως η μικρότερη ποσότητα πίεσης που απαιτείται για την πλήρη εξάλειψη της διαδικασίας όσμωσης.

Η όσμωση είναι η ειδική δίοδος του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης που εμφανίζεται στη φύση. Ως αποτέλεσμα, στην περίπτωση της όσμωσης, οι διαλυμένες ουσίες δεν μπορούν να κινηθούν αφού δεν μπορούν να διασχίσουν τη μεμβράνη. Το νερό, από την άλλη πλευρά, έχει την ικανότητα να ταξιδεύει, και το κάνει — ρέει μέσω της μεμβράνης και σε μια περιοχή με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών.

Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγή στον συνολικό όγκο του νερού σε κάθε πλευρά της μεμβράνης:η πλευρά της μεμβράνης με περισσότερες διαλυμένες ουσίες μπορεί να καταλήξει με σημαντικά περισσότερο νερό από την άλλη πλευρά. Ως αποτέλεσμα αυτού, τα κύτταρα μπορεί να έχουν προβλήματα, όπως το σκάσιμο (αν εισέλθει υπερβολική ποσότητα νερού στο κύτταρο) και η αφυδάτωση (αν βγει πολύ νερό).

Λόγω του γεγονότος ότι το ενδοκυτταρικό περιβάλλον διαφέρει από το εξωτερικό περιβάλλον, αυτό είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό συστατικό στη βιολογία. Εάν αλλάξει το εξωκυττάριο περιβάλλον, είναι πιθανό το νερό να τραβηχτεί ή να αποβληθεί από τα κύτταρα.

Μια σειρά από πλάσματα, όπως τα φυτά που μεταφέρουν νερό με οσμωτική πίεση, έχουν εκμεταλλευτεί αυτή την ιδέα. Ωστόσο, είτε υπάρχει υπερβολική ποσότητα είτε έλλειψη νερού στο εξωκυτταρικό περιβάλλον σε σύγκριση με το εσωτερικό του κυττάρου, μπορεί να είναι επιβλαβές για την υγεία των κυττάρων και των οργανισμών.

Υπολογισμός ωσμωτικής πίεσης

Η συγκέντρωση και η θερμοκρασία επηρεάζουν την οσμωτική πίεση.

π =iCRT

Η ποσότητα της πίεσης που προκαλείται από τη διέλευση του νερού μέσω μιας μεμβράνης επηρεάζεται από τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας και τη θερμοκρασία του νερού. Η ωσμωτική πίεση αυξάνεται ως αποτέλεσμα υψηλότερων συγκεντρώσεων και υψηλότερων θερμοκρασιών.

Η συμπεριφορά της διαλυμένης ουσίας στο νερό έχει επίσης επίδραση στην όσμωση, όπου παίζει ρόλο ο παράγοντας Van’t Hoff. Για να το θέσω απλά, ο συντελεστής του Van’t Hoff για μια διαλυμένη ουσία καθορίζεται από το εάν η διαλυμένη ουσία παραμένει ή όχι μαζί ή διασπάται όταν εκτίθεται στο νερό. Στο νερό, ορισμένες διαλυμένες ουσίες διασπώνται και δημιουργούν ιόντα, τα οποία είναι φορτισμένα άτομα ή φορτισμένα ιόντα. Όπως απεικονίζεται παρακάτω, το επιτραπέζιο αλάτι (NaCl) θα αντιδράσει με το νερό για να δημιουργήσει ιόντα νατρίου (Na+) και χλωρίου (Cl-). Το NaCl έχει συντελεστή Van’t Hoff δύο, ο οποίος οφείλεται στο γεγονός ότι διασπάται σε δύο ιόντα.

Όταν κάποια μόρια, όπως η σακχαρόζη, εισάγονται στο νερό, παραμένουν μαζί και δεν συνδυάζονται για να παράγουν ιόντα. Προκειμένου να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι η σακχαρόζη δεν διαλύεται στο νερό, έχει συντελεστή Van’t Hoff 1.

ΕΦΑΡΜΟΓΗ

Η ωσμωτική πίεση, η οποία κρατά τα φυτά στην όρθια θέση τους, είναι απαραίτητη για την επιβίωσή τους. Όταν το φυτό λαμβάνει αρκετό νερό, τα κύτταρά του (τα οποία περιέχουν διάφορα άλατα) απορροφούν το νερό και μεγαλώνουν σε μέγεθος. Η πίεση που ασκείται στα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων αυξάνεται ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης των φυτικών κυττάρων, η οποία τα αναγκάζει να στέκονται όρθια.

Όταν ένα φυτό δεν έχει αρκετό νερό, τα κύτταρά του γίνονται υπερτονικά (υπερβολικά ενυδατωμένα) (συρρικνώνονται λόγω απώλειας νερού). Αρχίζουν να μαραίνονται και να χάνουν τη σταθερή, όρθια στάση τους ως αποτέλεσμα αυτού. Ο προσδιορισμός των μοριακών βαρών των ενώσεων μπορεί επίσης να επιτευχθεί μέσω της μέτρησης της οσμωτικής πίεσης.

Η οσμωτική πίεση χρησιμοποιείται επίσης για την αφαλάτωση και τον καθαρισμό του θαλασσινού νερού, ο οποίος επιτυγχάνεται με τη διαδικασία της αντίστροφης όσμωσης, η οποία είναι μια άλλη βασική χρήση.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Η ωσμωτική πίεση και η ιδέα της οσμωτικής πίεσης είναι εξαιρετικά σημαντικές στη χημεία, ιδιαίτερα στη φυσική χημεία. Η διαδικασία της όσμωσης λαμβάνει χώρα όταν δύο υγρά με διαφορετικές συγκεντρώσεις χωρίζονται από μια ημιπερατή μεμβράνη και η διαδικασία είναι αρκετά ενδιαφέρουσα για παρακολούθηση. Το διάλυμα με χαμηλότερη συγκέντρωση θα επιτρέψει σε περισσότερο νερό να περάσει μέσα από τη μεμβράνη και στο διάλυμα με υψηλότερη συγκέντρωση και αντίστροφα.