Back to chapter

12.11:

אוסמוזיס ולחץ אוסמוטי של תמיסות

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Osmosis and Osmotic Pressure of Solutions

Languages

Share

קרום חצי-חדיר מאפשר מעבר דרכו לחומרים מסוימים, אך לא לאחרים. תנועה זו של מולקולות ממס על פני קרום חצי-חדיר לתמיסה עם ריכוז מומס גבוה יותר נקראת אוסמוזה. חשבו על צינור בצורת U המכיל מים טהורים משמאל ותמיסת סוכר מימין, המופרדים על ידי קרום חצי-חדיר.מולקולות מים יזרמו לתמיסת הסוכר בקצב מהיר יותר מלהפך כדי לנסות ליצור שיווי-משקל של ריכוזים. ככל שהמים זורמים לימין, רמת הנוזל בשני הצדדים הופכת לבלתי שווה. בסופו של דבר, המשקל הנוסף של המים העודפים מימין יוצר מספיק לחץ כדי לעצור את האוסמוזה.הלחץ המינימלי הנדרש כדי להפסיק אוסמוזה נקרא לחץ אוסמוטי. זוהי תכונה קולגטיבית שתלויה בריכוז המומס בתמיסה. ככל שריכוז המומס גדל, הלחץ האוסמוטי עולה ביחס ישר.את לחץ אוסמוטי, Π, ניתן לחשב על ידי הכפלת המולריות של המומס בטמפרטורה במעלות קלווין ובקבוע הגזים האידיאלים R, 0.0821 אטמוספרות ליטר למול קלווין. אם הריכוז של תמיסת הסוכר הוא 1.00 מולר, אז ב-25 מעלות צלזיוס או 298 קלווין, הלחץ האוסמוטי יהיה 24.5 אטמוספרות. אם הלחץ האוסמוטי של שתי התמיסות שווה, הן נקראות איזוטוניות.אם לתמיסה אחת יש לחץ אוסמוטי נמוך יותר, אזי היא היפוטונית לעומת התמיסה עם ריכוז המומס הגבוה יותר. התמיסה המרוכזת נקראת היפרטונית, בהשוואה לתמיסה המהולה. כשמניחים תאי דם אדומים בתמיסה היפרטונית, מים יוצאים דרך נקבוביות בתא של הקרום החדיר למחצה.תהליך זה נקרא כריתה והוא גורם לתאים להצטמק. לעומת זאת, אם תאי דם אדומים מונחים בתמיסה היפוטונית, מים נעים מבחוץ לתוך התאים וגורמים לתאים להתנפח, ובסופו של דבר להיקרע בתהליך שנקרא המוליזה. כשאדם מקבל עירוי תוך ורידי, הנוזלים חייבים להיות איזוטוניים עם התמיסות התוך-תאיות של תאי דם כדי למנוע כריתה או המוליזה.

12.11:

אוסמוזיס ולחץ אוסמוטי של תמיסות

A number of natural and synthetic materials exhibit selective permeation, meaning that only molecules or ions of a certain size, shape, polarity, charge, and so forth, are capable of passing through (permeating) the material. Biological cell membranes provide elegant examples of selective permeation in nature, while dialysis tubing used to remove metabolic wastes from blood is a more simplistic technological example. Regardless of how they may be fabricated, these materials are generally referred to as semipermeable membranes.

Consider a U-shaped apparatus, in which samples of pure solvent and a solution are separated by a membrane that only solvent molecules may permeate. Solvent molecules will diffuse across the membrane in both directions. Since the concentration of solvent is greater in the pure solvent than the solution, these molecules will diffuse from the solvent side of the membrane to the solution side at a faster rate than they will in the reverse direction. The result is a net transfer of solvent molecules from the pure solvent to the solution. Diffusion-driven transfer of solvent molecules through a semipermeable membrane is a process known as osmosis.

When osmosis is carried out in an apparatus described above, the volume of the solution increases as it becomes diluted by the accumulation of solvent. This causes the level of the solution to rise, increasing its hydrostatic pressure (due to the weight of the column of the solution in the tube) and resulting in a faster transfer of solvent molecules back to the pure solvent side. When the pressure reaches a value that yields a reverse solvent transfer rate equal to the osmosis rate, bulk transfer of solvent ceases. This pressure is called the osmotic pressure (Π) of the solution. The osmotic pressure of a dilute solution is related to its solute molarity, M, and absolute temperature, T, according to the equation

 Eq1

where R is the universal gas constant.

If a solution is placed in such an apparatus, applying pressure greater than the osmotic pressure of the solution reverses the osmosis and pushes solvent molecules from the solution into the pure solvent. This technique of reverse osmosis is used for large-scale desalination of seawater and on smaller scales to produce high-purity tap water for drinking.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 11.4: Colligative Properties.

Suggested Reading

  1. Goodhead, Lauren K., and Frances M. MacMillan. "Measuring osmosis and hemolysis of red blood cells." Advances in physiology education 41, no. 2 (2017): 298-305.
  2. Garbarini, G. R., R. F. Eaton, T. K. Kwei, and A. V. Tobolsb. "Diffusion and reverse osmosis through polymer membranes." Journal of Chemical Education 48, no. 4 (1971): 226.
  3. Hitchcock, David I. "Osmotic pressure and molecular weight." Journal of Chemical Education 28, no. 9 (1951): 478.