Ωσμωτική πίεση

Με μια ματιά

Ορίζεις την ωσμωτική πίεση ως την ελάχιστη εξωτερική πίεση που εμποδίζει την καθαρή ροή διαλύτη μέσω ημιπερατής μεμβράνης χωρίς να μεταβάλει τον όγκο του διαλύματος. Για αραιό μοριακό διάλυμα χρησιμοποιείς $\Pi=cRT$, όπου $\Pi$ είναι η ωσμωτική πίεση, $c$ η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας, $R$ η σταθερά των αερίων και $T$ η απόλυτη θερμοκρασία. Προβλέπεις καθαρή ροή διαλύτη από τον καθαρό διαλύτη ή το λιγότερο συγκεντρωμένο διάλυμα προς το περισσότερο συγκεντρωμένο. Χαρακτηρίζεις δύο διαλύματα ως ισοτονικά όταν έχουν ίση ωσμωτική πίεση στην ίδια θερμοκρασία.

2Κεντρική ιδέα

Ορίζεις ως ωσμωτική πίεση την ελάχιστη εξωτερική πίεση που ασκείς σε ένα διάλυμα, όταν το χωρίζεις από τον καθαρό διαλύτη του με ημιπερατή μεμβράνη, ώστε να εμποδίσεις την καθαρή ροή διαλύτη χωρίς να μεταβάλεις τον όγκο του διαλύματος. Για αραιό μοριακό διάλυμα συνδέεις την ωσμωτική πίεση με τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας και την απόλυτη θερμοκρασία:

Ισοδύναμα, χρησιμοποιείς τα mol της διαλυμένης ουσίας και τον όγκο του διαλύματος:

Μέσα από ημιπερατή μεμβράνη προβλέπεις καθαρή ροή διαλύτη από τον καθαρό διαλύτη ή το λιγότερο συγκεντρωμένο διάλυμα προς το περισσότερο συγκεντρωμένο διάλυμα. Η ροή συνεχίζεται μέχρι οι αντίθετες πιέσεις ή οι μεταβολές συγκέντρωσης να εξισορροπήσουν την κίνηση. Χαρακτηρίζεις 2 διαλύματα ως ισοτονικά διαλύματα όταν έχουν ίση ωσμωτική πίεση στην ίδια θερμοκρασία. Δεν συμπεραίνεις ισοτονία μόνο από ίσες μάζες διαλυμένης ουσίας.

3Άμεσος υπολογισμός

Θεωρείς αραιό μοριακό διάλυμα με τα ακόλουθα δεδομένα:

Ζητάς την ωσμωτική πίεση του διαλύματος.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Ελέγχεις ότι έχεις αραιό μοριακό διάλυμα και απόλυτη θερμοκρασία, οπότε εφαρμόζεις την απλή σχέση της ωσμωτικής πίεσης.

2. Δείξε το βήμα 2

   Επιλέγεις τη μορφή που περιέχει τα mol και τον όγκο του διαλύματος:

   $$\Pi=\frac{nRT}{V}$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Αντικαθιστάς τα δεδομένα και βρίσκεις:

   $$\Pi=\frac{(0.200)(0.082)(300)}{2.00}\ \unit{atm}=2.46\ \unit{atm}$$

4Σύγκριση δύο διαλυμάτων

Διαχωρίζεις με ημιπερατή μεμβράνη 2 αραιά μοριακά διαλύματα στην ίδια θερμοκρασία. Χρησιμοποιείς τις συγκεντρώσεις:

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Συγκρίνεις τις συγκεντρώσεις και βρίσκεις ότι το διάλυμα Β περιέχει διπλάσια συγκέντρωση διαλυμένων μορίων:

   $$c_B=2c_A$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Εφαρμόζεις την ίδια σχέση στην ίδια θερμοκρασία και βρίσκεις ότι το διάλυμα Β έχει διπλάσια ωσμωτική πίεση:

   $$\Pi_B=2\Pi_A$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Συμπεραίνεις ότι τα διαλύματα δεν είναι ισοτονικά και προβλέπεις καθαρή ροή διαλύτη από το διάλυμα Α προς το διάλυμα Β μέχρι να εξισορροπηθεί η κίνηση.

5Συνηθισμένα λάθη

• Μην χρησιμοποιείς θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου στη σχέση της ωσμωτικής πίεσης. Χρησιμοποίησε απόλυτη θερμοκρασία.
• Μην αντικαθιστάς τον όγκο του διαλύτη στη θέση του όγκου του διαλύματος.
• Μην προβλέπεις τη ροή του διαλύτη προς το λιγότερο συγκεντρωμένο διάλυμα.
• Μην θεωρείς ότι ίσες μάζες διαλυμένης ουσίας εξασφαλίζουν ισοτονικά διαλύματα.

6Τεκμηρίωση

• Για αραιό μοριακό διάλυμα η ωσμωτική πίεση ισούται με το γινόμενο της μοριακής συγκέντρωσης, της σταθεράς των αερίων και της απόλυτης θερμοκρασίας.

• Για αραιό μοριακό διάλυμα το γινόμενο της ωσμωτικής πίεσης επί τον όγκο του διαλύματος ισούται με το γινόμενο των mol της διαλυμένης ουσίας, της σταθεράς των αερίων και της απόλυτης θερμοκρασίας.

• Υπολογίζεις για τα δεδομένα του πρώτου παραδείγματος ωσμωτική πίεση 2,46 ατμόσφαιρες.

• Ορίζεις την ωσμωτική πίεση ως την ελάχιστη εξωτερική πίεση που εμποδίζει την καθαρή ροή διαλύτη χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος.

• Προβλέπεις καθαρή ροή διαλύτη από τον καθαρό διαλύτη ή το λιγότερο συγκεντρωμένο διάλυμα προς το περισσότερο συγκεντρωμένο διάλυμα.

• Εφαρμόζεις τις σχέσεις της ωσμωτικής πίεσης σε αραιό μοριακό διάλυμα και χρησιμοποιείς απόλυτη θερμοκρασία.

• Χαρακτηρίζεις ως ισοτονικά τα διαλύματα με ίση ωσμωτική πίεση στην ίδια θερμοκρασία και δεν βασίζεσαι μόνο σε ίσες μάζες διαλυμένης ουσίας.