Осмоза
Осмозата е нетно движение на разтворител през мембрана, която е много по-пропусклива за разтворителя, отколкото за разтвореното вещество. Посоката се определя от химичния потенциал на разтворителя, не от мистична сила, която „дърпа водата към солта“.
Полупропускливата мембрана създава условията
Ако разтвореното вещество не може да преминава, а разтворителят може, нормалното смесване на двата компонента е ограничено. Разтворителят има тенденция да се движи към страната с по-нисък химичен потенциал; при разредени разтвори и еднакви T и P това обикновено е страната с повече разтворени частици.
Селективната пропускливост е ключова. Ако и двата компонента преминават свободно, процесът е обикновена дифузия.
Осмотичното налягане балансира потока
За идеален разреден разтвор π = iMRT. π е осмотично налягане, M моларна концентрация, T абсолютна температура, а i ефективен брой разтворени частици.
Осмотичното налягане е допълнителното налягане, което трябва да се приложи от страната на разтвора, за да спре нетното навлизане на разтворител. Налягането може да компенсира разликата в химичния потенциал.
Осмотично налягане
Тоничността е биологично приложение, не синоним
При клетките значение има кои вещества могат да преминават през мембраната за съответното време. Разтвор може да е изоосмотичен, но да не е изотоничен, ако разтвореното вещество бързо влиза в клетката.
Хипотоничен и хипертоничен описват ефекта върху клетъчния обем за конкретна мембрана, не само общия брой частици.
Реалните разтвори се отклоняват от идеалната формула
Уравнението на van ’t Hoff работи най-добре за разредени разтвори. Йоните взаимодействат, молекулите могат да се асоциират, а мембраните рядко са идеално селективни.
При точна работа се използват активности и осмотични коефициенти. Обратната осмоза прилага налягане над π и задвижва разтворителя в обратна посока, например при обезсоляване.
Решени примери
1. Захароза
0,20 M захароза при 298 K, i≈1. Намерете π в atm.
Решение
π = (0,20)(0,08206)(298) ≈ 4,89 atm.
2. NaCl и захароза
Защо 0,20 M NaCl идеално дава по-голямо π?
Решение
NaCl се дисоциира приблизително на два йона, така че i≈2; за захароза i≈1. Налягането е приблизително двойно.
3. Обратна осмоза
Разтворът има π = 25 bar. Какво става при приложени 30 bar?
Решение
Когато външното налягане надвиши π, разтворителят може да бъде задвижен в обратна посока.
Полезна проверка е проблемът да се формулира чрез химичния потенциал на разтворителя: разтвореното вещество го понижава при еднакви температура и налягане, а механично налягане от страната на разтвора може да го повиши. При осмотично равновесие нетният поток е нула, въпреки че молекули продължават да преминават през мембраната в двете посоки. В биологията пропускливостта на мембраната и времевият мащаб трябва да са известни преди извод за тоничност.