Д.В. Сивухин - Общий курс физики, Т2. Термодинамика и молекулярная физика (1106322), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Макроскопически он будет продолжаться ло тех пор, пока концентрации обоих растворов не выравняются. Существуют перегородки, проницаемые лля молекул растворителя, но непроницаемые лля молекул растворенного вещества. Они нвзывактгся полупротщаемыми. К ним относятгя различные оболочки и гкани растительного и животного происхождения. Для физических опыгов более удобны искусственные полупроницаемые перегородки. Таковы, например, пленки из железисто-синеролистой меди )Спэвв(С!х!)в], получаемыо при взаимоцейстнии растворов сернокислой меди и жолезистосинеродистого калия: 2СпВОл + К4!ге(СХ)в = Спэ!ге(СК)в + 2КэВОе Они проницаемы лля воды, но непроницаемы для многих растворенных веществ, например сахара.
Однако эти пленки непрочны. Повтому железистосинеродистую медь обычно осаждают в стоиках мелкопористых глняяпых или фарфоровых сосудов. Для этого сосуд наполняют з 124) Осмос и осмотпчьмхое давление 483 раствором К«Ее(С»4)е, а затем опускают на некоторое время в расгвор Сн304. Таким путем приготовлял полупроницаемые перегородки Пфсффер (184б 1920), впервые систематически изучивший законы осмотического давления. Когда раствор огделен от чистого растворителя полупроницаемой перегородкой, то через нее молекулы чистого растворителя переходят в область, занятую раствором.
Это явление называется осялосоял. В результате осмоса иозникает разность давлений между раствором и чистым растворителем. Когда она достигает определенного значения, то осмос прекращается. Разность давлений, при которой осмос прекращается, называется осмотическо и давлением. Осмос происходит также в тех случаях, когда оолупроницаемая перегородка разделяет два раствора различной концентрации. Если, например, животный пузырь,наполненный спиртом, крепко завязать и опусгить в иоду, то он начнет раздуваться и даже может лопнуть под действием сил осмотического давления. Если же пузырь наполнить водой и опустить и спирт. тгд наоборот, он будет сжиматься. ,'[ело в том, что стенки пузыря проницаемы для воды, но непроницаемы для спирта. !1одобные жс явления набухання и разрыва обо»ючск наблюдаются при погружении н воду семян растений, фруктов или овощеи. Ими об'ьясняется «оживлсние» увядших цветок, опущенных в воду.
2. Механизм осмоса и действия полупроницаемой перегородки нельзя считать полностью выясненным. Согласно одной из точек зрения прохождение молекул растворителя через полупроницаемую гюрегородку осуществляется путем предварительного В растворения их в материале перегородки. Этот процесс имеет тенденцию к насыщению по отношению к чистому растворителю. Однако еще до достижения этого насыщения раствор жидкости в перегородке оказывается пересьпценным по отношению к раствору, находящемуся по другую сторону перегородки Гтак как последний обеднен растворителем благодаря присутствию растворенного Рис.
14:5 вещества). Тогда перегородка начнет отдавать и жидкий растнор часть растворенной в ней жидкости, растворяя при этом новыс порции чистой жидкости. Растворенное вещество не проникает из жидкого раствора через перегородку, так как она нс растворяется н ней. Таким образом, свойство нолунроницаемости обусловлено не размерами пор перегородки, а различной растворимостью в се материале соприкасающихся с ней веществ.
3. 11риборы, служащие для измерения осмотического даиления, называются осмол««шрама. 15а рис. 143 изображен осмометр, которым ! Гл. Х! Растворы, 4. Нетрудно понять происхождение осмогического давления. Так как растноритель может свободно проходить через полупроницаемую перегородку,то и состоянии равновесия числа молекул растиоригеля, ударяющихся о перегородку с противоположных сторон, должны быть одинаковы. Эти удары, ураннонешиная друг друга, не будут оказывать никакого даилсния на перегородку.
Но удары о порегородку молекул растворенного вещества никакими противоположно направленными молекулярными ударами не уранноношинаются. Они и принодят к возникновению осмотического давления. Для разбанленных растворов нетрудно вычислить н величину осмотического давления, Согласно теорелге о равномерном распределении кинетической энергии по степеням снободы, скорость теплового днижония молекул зависит только от температуры. 1Три одной и той же температуре средняя кинетическая энергия теплоного движения молекул одинакова для жидкостей и газов. Кролле то~ о, если раствор слабый, то число ударов молекул растворенного нещестна о стенку сосуда будет таким же, как и для идеального газа с той же концентрацией молекул. Поэтому будет таким же и давление молекул растворенного нещестна, т, е, осмотическое давление.
Таким образом, МйТ КГ = и —, 1' !' 1124.1) где Гу и и числа молекул н молей растворенного вещества соотнетстиенно и обьоме раствора 1'. Формула (124.1) показывает, что осмотическое давление в слабых раг.таврах под ппгнетсл тем лег. аиконам, что и давление. иде льных газов. Этот закон был установлен Вант Гоффом (1862 — 1911) на основе опытон Пфсффера. Величина осмогического давления слабых растворов не зависит от природы растноризтля и растворенного вещества, а только от малярной обьемной концентрации последнего. Например, если и литре растнора содержится 1 моль растворенного нещгстна, то по форлйу.ге !124.1) осмотпческое давление при 15'С (288 К) будет равно Р „,= ' =236атм, 288 0,0821 пользонался Пфеффер и своих исследованиях по осмотическому данлению 11877 г.).
В порах глиняного сосуда осалкдегга желсзнстосинеродистая медь по способу, описанному выше. Сосуд наполняется водным раствором исследуемого нощестна, например сахара. Горло сосуда заткнуто ало гно пригнанной пробкой с отверстием, и которое нстанлона длинная нертикальная трубка. Ес.ш сосуд погрузить и чистую воду, то она начнет проникать внутрь сосуда через полупроницаемые стенки.
Когда уровень жидкости и трубке достигнет определенной высоты, дальнейшее проникновение воды и сосуд прекратится, так как этому будот препятствовать гидростатическос давление столба жидкости и трубке. Вес этого столба между уровнями ЛВ и С и будет служить мерой осмотического давления: Р л, = Р86, где р — плотность раствора, а гл — ньюота указанного столба жидкости. з 125) Закан Рауля 485 Мы видим,что осмотическое давление довольно значительно. Однако стенки сосуда, содержащего раствор, его не воспринимают. Дело в том, что осмогическое давление действует и на свободнун> поверхность жидкости. Это приводит к растяжению жидкости. Возникающие силы натяжения компенсируют осмотическое давление.
На стенки сосуда действуот только гидростатическое давление. В растворах электролитов молекулы растворенного вещества диссоциируют на ионы. Из-за этого осмотическое давление оказывается больше вьгшсленного по формуле (124.1) без учета диссоциации. Однако если под % понимать общее число растворенных частиц (ионов обоих знаков и нейтральных молекул), то формула (124.1) опять становится верной (разумеется, для слабых растворон). Ионы и нейтральныг молекулы могут сольватироваться или гидратироваться.
Но это обстоятельство не меняет общего числа частиц, производящих осмотическое давление, а нагому не сказывается на справедливости формулы (124.1). Формула (124.1) служит в химии для определения молекулярных масс таких химических соединений, которые не могут быть получены в газообразном состоянии, например белков и полимеров. 5.
Осмос играет важную роль в жизнедеятельности животных и растений. Обмен веществ в организме осуществляется посредством соков и крови растноров, омывающих полупроницвемые перегородки рагтительяых и животных клеток. Осмотическое давление клеток многих растений составляет 5 — 20 атм. Только благодаря этому вода из почвы может поступать на большую высоту по стволам деревьев (напримор, эвкалиптов).
Величина осмотического давления крови человека составляет 7,6- 7,0 атм, Однако разность осмотических давлений крови и лимфы, имеющая зна >ение для перехода воды между ними, составляет всего 0,03 — 0,04 атм. Вообще, благодаря на,шчию сложных механизмов регулирования, клетки обладают лишь незначительно повьппенным или равным осмотическим давлением по отношению к омывающим их внутренним жидкостям организма. Падение осмотического давления в клсгках, например при обезво>кивании организма, приводит к их коллапсу. Обсссоливание организма может привести к набуханию и разрыву клеток (осмотический шок).
В 125. Закон Рауля Если в жидкости растворено нелетучее веп1ество, то свободная поверхность жидкости будет весги себя как полупроницаемая перегородка. Через нее могут свободно проходить молекулы растворителя, но не могут проходить молекулы растворенного вещесгва. Легко понять, что при одной и той же температуре давление насыщенного пара над раствором будет меньше, чем над растворителем. Убедиться в этом и вычислить величину понижения давления насьпценного пара можно с помощью тех же рассуждений, какие мы применяли в з 118 при ! Гл. Х! растворы исследовании заиисимости давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости. Пусть раствор помещен в сосуде осмометра и вся снстелла покрыла сверху колпаком (рис. 144).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
