Mini-kurzus
Ozmózis
Ozmózisban az oldószer olyan féligáteresztő membránon keresztül rendeződik át, amely az oldószert átengedi, bizonyos oldott részecskéket viszont nem. A nettó áramlás addig tarthat, amíg a kémiai potenciálkülönbséget a kialakuló nyomáskülönbség ki nem egyenlíti.
Nem egyszerűen „a víz a hígabból a töményebbe megy”
Ez a mondat hasznos első közelítés, de a mélyebb ok az oldószer kémiai potenciáljának különbsége a membrán két oldalán. Az oldott anyag jelenléte csökkentheti az oldószer kémiai potenciálját. A rendszer olyan irányban változik, amely közelebb viszi a termodinamikai egyensúlyhoz.
Ozmotikus nyomás
Híg ideális oldatnál a van ’t Hoff-közelítés π=i cRT, ahol c az oldott részecskék koncentrációja, i a részecskeszámot figyelembe vevő tényező. Az ozmotikus nyomás az a külső nyomáskülönbség, amely éppen megállíthatja a nettó oldószeráramlást a membránon.
Miért számít a részecskeszám?
Az ozmózis kolligatív jellegű: ideális híg oldatban elsősorban az oldott részecskék száma, nem kémiai azonossága számít. NaCl oldódásakor több ionrészecske keletkezhet, ezért azonos formális mólarány mellett nagyobb ozmotikus hatás várható, mint nem disszociáló molekulából. Valós oldatokban ionpárosodás és kölcsönhatások eltérést okozhatnak.
Sejtek és tonicitás
Sejtmembránnál a külső oldat hipotóniás, izotóniás vagy hipertóniás lehet a sejt belsejéhez képest, de a tonicitás csak a membránon effektíven át nem jutó oldott anyagokat veszi figyelembe. Állati sejt hipotóniás közegben megduzzadhat, hipertóniásban vizet veszíthet. Növényi sejt falának mechanikai ellenállása turgornyomást hoz létre.
Fordított ozmózis
Ha az oldat oldalára az ozmotikus nyomásnál nagyobb külső nyomást fejtünk ki, az oldószert a spontán ozmotikus iránnyal ellentétesen kényszeríthetjük át a membránon. Ezt fordított ozmózisnak nevezik, és sótalanításban, víztisztításban használják. A folyamat energiát igényel, tehát nem sérti a második főtételt.
Diffúzió és ozmózis különbsége
Diffúzió tág fogalom: részecskék nettó terjedése koncentráció- vagy kémiaipotenciál-különbség hatására. Ozmózis specifikusan oldószer átrendeződését jelenti szelektíven áteresztő membránon keresztül. Egy oldott anyag diffundálhat membrán nélkül is, miközben ozmózishoz a szelektív elválasztás lényeges.
Mi állítja meg?
Ha az oldószer átáramlik, a folyadékszintek vagy nyomások különbsége nőhet. Ez mechanikai nyomáshoz járul hozzá, amely ellentétes irányú kémiai potenciálhatást hoz létre. Egyensúlyban a nettó áramlás nulla lehet, miközben mikroszkopikusan továbbra is mozognak molekulák mindkét irányban.
Próbáld ki
Egy 0,10 mol/L nem disszociáló oldat ideális ozmotikus nyomását becsüld 298 K-en. Használd R=0,0821 L·atm/(mol·K) értéket.
Megoldás
π=cRT≈0,10×0,0821×298≈2,45 atm. Ez az ideális híg oldat közelítése.