Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Osmotski (hidrostatski) tlak
- Povezava osmotskega tlaka s koncentracijo topila
- Preizkusite sami
Osmoza je postopek, ki se zgodi med dvema posodama, ločenima s polprepustno pregrado. Če imajo pregrade dovolj velike pore, da lahko molekule vode prehajajo, vendar dovolj majhne, da blokirajo molekule topljenca, bo voda tekla s strani z manjšo koncentracijo topljenca v stran z večjo koncentracijo. Ta postopek se nadaljuje, dokler ni koncentracija topljenca na obeh straneh enaka ali če se volumen, ki se upira tlaku, spremeni na strani, pri čemer večja koncentracija preseže silo, ki vodi vodo skozi pregrado. Ta tlak je osmotski ali hidrostatični tlak in se spreminja neposredno z razliko koncentracije topljenca med obema stranema.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Osmotski tlak, ki poganja vodo čez neprepustno oviro, se poveča z razlikami koncentracij topil na obeh straneh ovire. V raztopini z več kot enim topilom seštejemo koncentracije vseh topljenih snovi, da določimo skupno koncentracijo topljene snovi. Osmotski tlak je odvisen samo od števila delcev topne snovi, ne pa tudi od njihove sestave.
Osmotski (hidrostatski) tlak
Dejanski mikroskopski postopek, ki poganja osmozo, je nekoliko skrivnosten, vendar ga znanstveniki tako opisujejo: Molekule vode so nenehno gibanje in se prosto gibljejo skozi neomejeno posodo, da izenačijo njihovo koncentracijo. Če v posodo vstavite pregrado, skozi katero lahko preidejo, bodo to storili. Če pa ena stran ovire vsebuje raztopino z delci, ki so preveliki, da bi prišli skozi oviro, morajo molekule vode, ki prehajajo skozi drugo stran, deliti prostor z njimi. Prostornina s topilom se poveča, dokler ni število molekul vode na obeh straneh enako.
Povečanje koncentracije topljenca zmanjša prostor, ki je na voljo za molekule vode, kar zmanjša njihovo število. To pa povečuje nagib vode, da priteče na to stran z druge strani. Da se antropomorfizira nekoliko, večja je razlika v koncentraciji molekul vode, bolj se "želijo" premakniti čez pregrado na stran, ki vsebuje topilo.
Znanstveniki temu hrepenenju pravijo osmotski tlak ali hidrostatični tlak in njegova merljiva količina. Položite pokrov na togo posodo, da preprečite spreminjanje volumna, in izmerite tlak, ki je potreben, da se voda ne dvigne, medtem ko merite koncentracijo raztopine na strani z največ topljenja. Ko se ne spremeni nadaljnja koncentracija, je tlak, ki ga izvajate na pokrovu, osmotski tlak, ob predpostavki, da se koncentracije na obeh straneh niso izenačile.
Povezava osmotskega tlaka s koncentracijo topila
V večini resničnih situacij, kot so korenine, ki črpajo vlago iz zemlje ali celice, ki izmenjujejo tekočino z okolico, obstaja določena koncentracija topil na obeh straneh polprepustne pregrade, kot sta koren ali celična stena. Osmoza se pojavi, dokler so koncentracije različne, osmotski tlak pa je neposredno sorazmeren z razliko v koncentraciji. V matematičnem smislu:
P = RT (∆C)
kjer je T temperatura v Kelvinih, je ∆C razlika v koncentracijah in R je konstantna plinska konstanta.
Osmotski tlak ni odvisen od velikosti molekul topne snovi ali njihove sestave. Odvisno je le od tega, koliko jih je. Če je v raztopini več kot ene raztopine, je osmotski tlak:
P = RT (C1 + C2 + ... Cn)
kjer je C1 je koncentracija topnega in podobno.
Preizkusite sami
Učinek koncentracije na osmotski tlak je enostaven. Zmešajte žlico soli v kozarcu vode in damo v korenček. Voda bo zaradi osmoze iz korenčka odtekla v slano vodo in korenček se bo skrčil. Zdaj povečajte koncentracijo soli na dve ali tri žlice in zabeležite, kako hitreje in v celoti se korenček strdi.
Voda v korenju vsebuje sol in druga topila, zato se bo zgodilo obratno, če jo potopite v destilirano vodo: Korenček nabrekne. Dodajte majhno količino soli in zabeležite, koliko manj časa potrebuje, da korenček nabrekne ali ali nabrekne na enako velikost. Če korenček ne nabrekne ali se strdi, ste uspeli narediti raztopino, ki ima enako koncentracijo soli kot korenje.