осмос
ОСМОС (от греч.
самопроизвольный перенос вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора разл. концентрации или чистый растворитель и раствор. Наиб. часто происходит переход растворителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенное вещество. Самопроизвольный массоперенос возникает в результате того, что хим. потенциал растворителя уменьшается при увеличении концентрации растворенного вещества.
Рассмотрим два объема α и
где
Если
Для идеальных растворов зависимость осмотич. давления от состава выражается уравнением:
где
Из него следует, что осмотич. давление раствора пропорционально ln x1. Этой же величине пропорциональны понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения идеальных растворов (см. Рауля закон), что свидетельствует о связи этих явлений с О.
Если концентрация растворенного вещества мала, зависимость осмотич. давления от его молярной концентрации с2 выражается уравнением Вант-Гоффа:
Это уравнение обычно используют для расчета осмотич. давления бинарных растворов недиссоциирующих веществ. Однако лучшее совпадение расчетных значений с экспериментальными в широкой концентрац. области дает уравнение Ван Лаара (см. табл.). О методах и технике измерения осмотич. давления см. осмометрия.
ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ САХАРОЗЫ ПРИ 30 °C
таблица в процессе добавления
Для разб. растворов электролитов уравнение Вант-Гоффа имеет вид:
где i= 1 + a'(v — 1) (a'-степень диссоциации электролита, v-число ионов, на которые распадается молекула электролита). В случае сильных электролитов, полностью диссоциирующих на ионы, при высоких разбавлениях
В интегральной форме соотношение (8) принимает вид:
Это соотношение используют для расчета Ф по данным о
Наиб. существ. черта всех осмотич. процессов — увеличение объема раствора. Оно всегда имеет место, если молекулы растворенного вещества не могут выйти из раствора, а растворитель способен проникать в раствор. Это условие можно выполнить даже при отсутствии видимой полупроницаемой перегородки. Например, если фазы α и
Осмос в природе. Животные и растит. клетки представляют собой микроскопич. осмотич. системы, поскольку у клетки оболочка или прилегающая к ней плазмолемма обладают свойствами полупроницаемых мембран. Если поместить клетки в дистиллированную воду, происходит набухание, а затем разрыв оболочек (осмотич. шок, или лизис). В растворах с высокой концентрацией солей наблюдается падение осмотич. давления и коллапс клеток из-за потери воды (плазмолиз). Это явление используют, напр., при консервировании пищ. продуктов путем добавления больших количеств соли или сахара: микроорганизмы подвергаются плазмолизу и становятся нежизнедеятельными.
Растворы с одинаковым значением осмотич. давления наз. изотоническими. Растворы с осмотич. давлением, большим, чем у внутриклеточной жидкости, наз. гипертоническими, меньшим-гипотоническими. Один и тот же раствор для одного типа клеток м. б. гипертоническим, для другого-изотоническим, для третьего-гипотоническим.
В тканях растений осмотич. давление составляет 0,5–2 МПа (у растений в пустынях — более 10 МПа). Гидро-статич. давление, возникшее во внутриклеточных структурах в результате осмоса, наз. тургором. Это давление придает прочность и упругость тканям живых организмов. Если клетка отмирает, оболочка теряет свойство полупроницаемости, тургор исчезает (растение вянет). Осмотич. давление-главная причина, обеспечивающая движение воды в растениях и ее подъем от корней до вершины. Клетки листьев, теряя воду, осмотически всасывают ее из клеток стебля, а последний-из клеток корня, берущих, в свою очередь, воду из почвы. Для роста и развития растений важно соотношение между осмотич. давлением почвенного раствора и клеточного сока. Растение может нормально развиваться лишь тогда, когда осмотич. давление клеточного сока больше осмотич. давления почвенного раствора.
Высокоорганизованные животные и человек отличаются постоянным значением осмотич. давления, напр. в крови человека
В медицине обычно используют изотонич. растворы, но иногда применяют и гипертонические. Так, в хирургии гипертонич. повязками покрывают раны: гипертонич. повязка оттягивает на себя жидкость и очищает рану от микроорганизмов, продуктов распада и т. д.
Лит.: Горшков В. И., Кузнецов И. А., Физическая химия, М., 1986; Дуров В. А., Агеев Е.П., Термодинамическая теория растворов неэлектролитов, М., 1987. См. также лит. при ст. мембранные процессы разделения.
Е. П. Агеев
Химическая энциклопедия