Back to chapter

12.11:

الأسموزية والضغط الأسموزي للمحاليل

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

الغشاء شبه المنفّذ يسمح لبعض المواد بالمرور خلاله ولا يسمح لمواد أخرى. حركة جزيئات المذيب هذه عبر الغشاء شبه المنفّذ باتجاه محلول تركيز مذابه أعلى،تسمى الخاصية الأسموزية. لنتأمل أنبوبًا على شكل حرف U يحتوي ماء في الطرف الأيسر ومحلول سكر في الطرف الأيمن يفصل بينهما غشاء شبه منفّذ.جزيئات الماء ستتدفق نحو محلول السكر بسرعة أعلى من سرعة عودتها لتحاول التوصل إلى توازن في التركيز. بينما يتدفق الماء إلى الجهة اليمنى،يصبح مستوى السائل في ذراعي الأنبوب غير متساوِوفي النهاية،ينشأ عن الوزن الإضافي للماء الزائد في الجهة اليمنى،ما يكفي من الضغط لوقف الخاصية الأسموزية. الحد الأدنى للضغط اللازم لوقف الخاصية الأسموزية يسمى الضغط الأسموزي.وهي خاصية تجميعية تعتمد على تركيز المذاب في المحلول. عندما يزداد تركيز المذاب،يزداد الضغط الأسموزي بنسبة مساوية. الضغط الأسموزي ورمزه فاي،يمكن حسابه بضرب التركيب الجزيئي للمذاب في درجة الحرارة بالكلفن وفي ثابت الغاز المثالي R،فتكون 0.0821 لتر-جو لكل مول كلفن.إذا كان تركيز محلول السكر 1.00 مولار،فعند درجة 25 مئوية أو 298 كلفن،سيكون الضغط الأسموزي 24.5 جو. إذا تساوى محلولان في ضغطهما الأسموزي،يسمى المحلولان متساويا-التركيز. وإذا كان الضغط الأسموزي لمحلول أقل فإنه يكون منخفض-التركيز مقارنة بالمحلول الذي تركيز مذابه أعلى.المحلول المركز يسمى محلول عالي-التركيز مقارنة بالمحلول المخفف. عندما توضع كريات الدم الحمراء في محلول عالي-التركيز،يخرج الماء عبر مسامات غشاء الخلية شبه المنفّذ. هذه العملية تسمى انكماش وتسبب ذبول الخلايا.وعلى العكس من ذلك،إذا وضعت كريات الدم الحمراء في محلول منخفض-التركيز،سينتقل الماء من الخارج إلى الخلايا ما يجعل الخلايا تنتفخ وتتمزق في النهاية وتسمى هذه العملية انحلال الدم. عندما يحقن شخص بسوائل وريدية،يجب أن تكون السوائل متساوية في التركيز مع محلول خلايا الدم الداخلي لتجنب الانكماش أو انحلال الدم.

12.11:

الأسموزية والضغط الأسموزي للمحاليل

يُظهر عدد من المواد الطبيعية والاصطناعية نفاذية انتقائية، مما يعني أن الجزيئات أو الأيونات ذات الحجم والشكل والقطبية والشحنة المعينة وما إلى ذلك هي فقط القادرة على المرور عبر (اختراق) المادة. أغشية الخلايا البيولوجية تقديم أمثلة أنيقة للنفاذ الانتقائي في الطبيعة، في حين أن أنابيب غسيل الكلى المستخدمة لإزالة النفايات الاستقلابية من الدم هي مثال تكنولوجي أكثر بساطة. وبغض النظر عن كيفية تصنيعها، يُشار إلى هذه المواد عمومًا باسم أغشية شبه منفذة.

ضع في اعتبارك جهازاً على شكل حرف U، حيث يتم فصل عينات من المذيب النقي عن المحلول بغشاء يمكن أن تتخلل جزيئات المذيب فقط. سوف تنتشر جزيئات المذيب عبر الغشاء في كلا الاتجاهين. نظرًا لأن تركيز المذيب أكبر في المذيب النقي من المحلول، فإن هذه الجزيئات ستنتشر من جانب المذيب من الغشاء إلى جانب المحلول بمعدل أسرع مما هو عليه في الاتجاه العكسي. والنتيجة هي النقل الصافي لجزيئات المذيب من المذيب النقي إلى المحلول. يُعرف النقل المدفوع بالانتشار لجزيئات المذيبات عبر غشاء شبه نافذ باسم التناضح.

عندما يتم إجراء الأسموزية في جهاز موصوف أعلاه، يزداد حجم المحلول حيث يصبح مخففاً بتراكم المذيب. يؤدي هذا إلى ارتفاع مستوى المحلول ، مما يزيد من ضغطه الهيدروستاتيكي (بسبب وزن عمود المحلول في الأنبوب) وينتج عنه نقل أسرع لجزيئات المذيب إلى جانب المذيب النقي. عندما يصل الضغط إلى قيمة ينتج عنها معدل نقل مذيب عكسي يساوي معدل التناضح ، يتوقف النقل السائب للمذيب. يسمى هذا الضغط الضغط الأسموزي (Π) من المحلول. يرتبط الضغط الأسموزي لمحلول مخفف بمولارية المذاب، M، ودرجة الحرارة المطلقة، T، وفقاً للمعادلة

 Eq1

حيث R هو ثابت الغاز العام.

إذا تم وضع محلول في مثل هذا الجهاز، فإن الضغط الذي يزيد عن الضغط الأسموزي للمحلول يعكس عملية التناضح ويدفع جزيئات المذيب من المحلول إلى المذيب النقي. تُستخدم تقنية التناضح العكسي هذه في تحلية مياه البحر على نطاق واسع وعلى نطاقات أصغر لإنتاج مياه الصنبور عالية النقاء للشرب.

هذا النص مقتبس من 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.