ความเข้มข้นของสารละลายมีผลต่อออสโมซิสอย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• แรงดันออสโมติก (อุทกสถิต)
• ความสัมพันธ์ของแรงดันออสโมติกต่อความเข้มข้นของตัวถูกละลาย
• ทดสอบด้วยตัวเอง

ออสโมซิสเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างภาชนะสองแห่งคั่นด้วยสิ่งกีดขวางกึ่งซึมผ่านได้ หากสิ่งกีดขวางนั้นมีรูขุมขนกว้างพอที่จะทำให้โมเลกุลของน้ำผ่านไปได้ แต่มีขนาดเล็กพอที่จะปิดกั้นโมเลกุลของตัวถูกละลายน้ำจะไหลจากด้านข้างโดยมีความเข้มข้นของตัวถูกละลายน้อยลงไปที่ด้านข้าง กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความเข้มข้นของตัวถูกละลายจะเท่ากันทั้งสองข้างหรือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของแรงต้านทานที่ด้านข้างที่มีความเข้มข้นมากกว่าแรงที่ขับน้ำผ่านทางกำแพง ความดันนี้เป็นแรงดันออสโมติกหรือความดันคงที่และจะแตกต่างกันโดยตรงกับความแตกต่างในความเข้มข้นของตัวถูกละลายระหว่างทั้งสองด้าน

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

แรงดันออสโมติกขับน้ำข้ามสิ่งกีดขวางที่ผ่านไม่ได้เพิ่มขึ้นด้วยความแตกต่างของความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่ทั้งสองด้านของสิ่งกีดขวาง ในโซลูชันที่มีตัวถูกละลายมากกว่าหนึ่งตัวให้หาผลรวมความเข้มข้นของตัวละลายทั้งหมดเพื่อกำหนดความเข้มข้นตัวถูกละลายทั้งหมด ความดันออสโมติกขึ้นอยู่กับจำนวนของอนุภาคที่ถูกละลาย

แรงดันออสโมติก (อุทกสถิต)

กระบวนการทางกล้องจุลทรรศน์ที่เกิดขึ้นจริงซึ่งทำให้ออสโมซิสเป็นสิ่งที่ลึกลับ แต่นักวิทยาศาสตร์อธิบายอย่างนี้: โมเลกุลของน้ำเป็นสภาวะที่มีการเคลื่อนที่คงที่และพวกมันจะเคลื่อนที่อย่างอิสระผ่านภาชนะที่ไม่ จำกัด หากคุณใส่สิ่งกีดขวางลงในภาชนะที่สามารถผ่านได้พวกเขาจะทำเช่นนั้น อย่างไรก็ตามหากด้านใดด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางมีวิธีแก้ปัญหาที่มีอนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านสิ่งกีดขวางได้โมเลกุลของน้ำที่ผ่านจากอีกด้านหนึ่งจะต้องแบ่งพื้นที่กับพวกมัน ปริมาตรด้านข้างของตัวถูกละลายจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งจำนวนโมเลกุลของน้ำทั้งสองข้างเท่ากัน

การเพิ่มความเข้มข้นของตัวถูกละลายจะลดพื้นที่ว่างของโมเลกุลของน้ำซึ่งจะลดจำนวนลง สิ่งนี้จะเพิ่มแนวโน้มของน้ำที่ไหลไปทางด้านนั้นจากอีกด้านหนึ่ง ในการเปลี่ยนรูปมนุษย์เล็กน้อยความแตกต่างของความเข้มข้นของโมเลกุลน้ำยิ่งมากขึ้นพวกเขา "ต้องการ" ที่จะย้ายข้ามสิ่งกีดขวางไปยังด้านข้างที่มีตัวถูกละลาย

นักวิทยาศาสตร์เรียกแรงดันออสโมติกหรือความดันไฮโดรสแตติกและปริมาณที่วัดได้ ใส่ฝาปิดบนภาชนะแข็งเพื่อป้องกันไม่ให้ปริมาตรเปลี่ยนและวัดแรงดันที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำเพิ่มขึ้นในขณะที่คุณวัดความเข้มข้นของสารละลายที่อยู่ด้านข้างด้วยตัวละลายมากที่สุด เมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นเกิดขึ้นอีกแรงกดดันที่คุณกระทำบนฝาปิดคือแรงดันออสโมติกโดยสมมติว่าความเข้มข้นของทั้งสองด้านไม่เท่ากัน

ความสัมพันธ์ของแรงดันออสโมติกต่อความเข้มข้นของตัวถูกละลาย

ในสถานการณ์จริงส่วนใหญ่เช่นรากดูดความชื้นจากพื้นดินหรือเซลล์แลกเปลี่ยนของเหลวกับสภาพแวดล้อมของพวกเขามีความเข้มข้นของตัวถูกละลายทั้งสองด้านของสิ่งกีดขวางกึ่งดูดซึมเช่นรากหรือผนังเซลล์ Osmosis เกิดขึ้นตราบใดที่ความเข้มข้นแตกต่างกันและแรงดันออสโมติกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของความเข้มข้น ในแง่คณิตศาสตร์:

P = RT (∆C)

เมื่อ T คืออุณหภูมิในเคลวิน, ∆C คือความแตกต่างของความเข้มข้นและ R คือค่าคงที่ของก๊าซในอุดมคติ

แรงดันออสโมติกไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของโมเลกุลที่ถูกละลายหรือองค์ประกอบของพวกมัน ขึ้นอยู่กับว่ามีกี่คนเท่านั้น ดังนั้นหากมีมากกว่าหนึ่งตัวถูกละลายในสารละลายความดันออสโมติกคือ:

P = RT (C₁ + C₂ + C ..._n)

ที่ค₁ คือความเข้มข้นของตัวถูกละลายและอื่น ๆ

ทดสอบด้วยตัวเอง

มันง่ายที่จะได้รับความคิดอย่างรวดเร็วของผลกระทบของความเข้มข้นต่อแรงดันออสโมติก ผสมเกลือช้อนโต๊ะหนึ่งแก้วกับน้ำแล้วใส่แครอท น้ำจะไหลออกมาจากแครอทลงไปในน้ำเค็มโดยการออสโมซิและแครอทจะเหี่ยวเฉา ตอนนี้เพิ่มความเข้มข้นของเกลือเป็นสองหรือสามช้อนโต๊ะและบันทึกว่าแครอทเหี่ยวเฉาเร็วเพียงใดและสมบูรณ์มากขึ้น

น้ำในแครอทมีเกลือและตัวถูกละลายอื่น ๆ ดังนั้นสิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นหากคุณแช่ในน้ำกลั่น: แครอทจะบวม เพิ่มเกลือเล็กน้อยและบันทึกว่าจะใช้เวลานานเท่าใดในการที่แครอทจะพองตัวหรือว่าฟูเป็นขนาดเดียวกัน หากแครอทไม่บวมหรือเหี่ยวเฉาคุณสามารถจัดการกับสารละลายที่มีความเข้มข้นของเกลือเช่นเดียวกับแครอท