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12.11: 溶液的渗透和渗透压
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溶液的渗透和渗透压
 
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12.11: 溶液的渗透和渗透压

许多天然和合成材料都表现出选择性渗透,这意味着只有一定尺寸,形状,极性,电荷等的分子或离子, 能够通过 (渗透) 材料。 生物细胞膜提供了自然选择性渗透的优雅示例,而用于清除血液中代谢废物的透析管则是一个更为简单的技术示例。 这些材料通常被称为半渗透膜,无论其制造方式如何。

考虑一种 U 形装置,其中纯溶剂和溶液的样本由只有溶剂分子可能渗透的膜隔开。 溶剂分子将沿两个方向在膜片上扩散。 由于溶剂在纯溶剂中的浓度高于溶液,这些分子将以比反向传播更快的速度从膜的溶剂侧扩散到溶液侧。 结果是溶剂分子从纯溶剂净转移到溶液。 溶剂分子通过半渗透膜扩散驱动的转移是一个称为渗透的过程。

当在上述仪器中执行渗透时,溶液的体积会随着溶剂的累积而稀释,而增加。 这会导致溶液水平升高,从而增加其静液压压力 (由于溶液在球管中的柱重量) ,并导致溶剂分子更快地转移回纯溶剂侧。 当压力达到产率的反向溶剂传输速率等于渗透速率的值时,溶剂的批量传输将停止。 这种压力被称为溶液的渗透压 (π)。 稀释溶液的渗透压与其溶质体积摩尔浓度, M 和绝对温度 T 相关,根据方程

 Eq1

其中 R 是通用气体常数。

如果将溶液放入此类设备中,施加大于溶液渗透压的压力会反转渗透,并将溶剂分子从溶液推入纯溶剂。 这种反向渗透技术用于大规模海水脱盐,并在较小的范围内生产高纯度自来水供饮用。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 11.4 节:依数性。


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