Осмос и осмотическое давление растворов

Ряд природных и синтетических материалов проявляют селективную проницаемость, т.е. только молекулы или ионы определенного размера, формы, полярности, заряда и т. д. способны пройти через материал (пронизывать его). Биологические клеточные мембраны являются элегантными примерами селективного проникновения в природе, а трубки для диализа, используемые для удаления метаболических отходов из крови, являются более упрощенным технологическим примером. Независимо от того, как они могут быть изготовлены, эти материалы обычно называют полупроницаемыми мембранами.

Рассмотрим устройство U-образной формы, в котором образцы чистого растворителя и раствор отделены мембраной, через которую могут проникать только молекулы растворителя. Молекулы растворителей рассеивают через мембрану в обоих направлениях. Поскольку концентрация растворителя в чистом растворителе больше, чем в растворе раствор, эти молекулы будут рассеяться со стороны растворителя мембраны на сторону раствор быстрее, чем в обратном направлении. В результате происходит чистая передача молекул растворителя из чистого растворителя в раствор. Диффузионно-управляемый перенос молекул растворителя через полупроницаемую мембрану — это процесс, известный как осмоз.

При проведении осмоза в аппарате, описанном выше, объем раствор увеличивается по мере его разбавления накоплением растворителя. Это приводит к повышению уровня раствор, увеличивая его гидростатическое давление (из-за веса колонны раствор в трубке) и, как следствие, к более быстрой передаче молекул растворителя обратно на чистую сторону растворителя. Когда давление достигает значения, при котором скорость обратного переноса растворителя равна скорости осмоса, массовая передача растворителя прекращается. Это давление называется осмотическим давлением (π) раствор. Осмотическое давление разбавленного раствор связано с его молярностью растворённое вещество, M, и абсолютной температурой, T, согласно уравнению

Где R — универсальная газовая постоянная.

Если раствор помещен в такой аппарат, при давлении, превышающем осмотическое давление раствор, происходит обратный осмоз и выталкивает молекулы растворителя из раствор в чистый растворитель. Этот метод обратного осмоса используется для крупномасштабного опреснения морской воды и на небольших масштабах для производства чистой водопроводной воды для питья.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 11.4: коллигативные свойства.