Osmoze

Osmoze ir šķīdinātāja neto kustība caur membrānu, kas šķīdinātāju izlaiž daudz vieglāk nekā izšķīdušo vielu. Virzienu nosaka šķīdinātāja ķīmiskais potenciāls, nevis kāds noslēpumains spēks, kas “velk ūdeni pie sāls”.

Puscaurlaidīga membrāna rada osmozes apstākļus

zemāka koncentrācijaaugstāka koncentrācijapuscaurlaidīga membrānašķīdinātāja neto plūsma
Ja izšķīdusī viela membrānu šķērsot nevar, bet šķīdinātājs var, abi komponenti nevar vienkārši brīvi difundēt un sajaukties. Šķīdinātājs virzās uz pusi ar zemāku ķīmisko potenciālu; pie vienādas T un P atšķaidītos šķīdumos tā parasti ir puse ar lielāku izšķīdušo daļiņu koncentrāciju. Bez selektīvas caurlaidības tā būtu parasta difūzija.

Ja izšķīdusī viela membrānu šķērsot nevar, bet šķīdinātājs var, abi komponenti nevar vienkārši brīvi difundēt un sajaukties. Šķīdinātājs virzās uz pusi ar zemāku ķīmisko potenciālu; pie vienādas T un P atšķaidītos šķīdumos tā parasti ir puse ar lielāku izšķīdušo daļiņu koncentrāciju. Bez selektīvas caurlaidības tā būtu parasta difūzija.

Osmotiskais spiediens līdzsvaro plūsmas tieksmi

Ideālam atšķaidītam šķīdumam π=iMRT. π ir papildu spiediens, kas jāpieliek šķīduma pusē, lai apturētu šķīdinātāja neto ieplūdi; M ir molārā koncentrācija, T absolūtā temperatūra, bet i aptuveni raksturo efektīvo daļiņu skaitu uz formulas vienību. Spiediens ir termodinamiskais mainīgais, kas kompensē ķīmiskā potenciāla starpību.

Osmotiskā spiediena kalkulators

Toniskums ir bioloģisks lietojums, nevis sinonīms

Šūnās izšķiroši ir tas, kuras izšķīdušās vielas attiecīgajā laika mērogā spēj šķērsot membrānu. Šķīdums var būt izoosmotisks, bet ne izotonisks, ja šķīdinātā viela ātri ieiet šūnā. Tāpēc hipotonisks, izotonisks un hipertonisks jāvērtē kopā ar membrānas caurlaidību.

Reāli šķīdumi novirzās no ideālās formulas

van ’t Hofa izteiksme vislabāk darbojas atšķaidītiem šķīdumiem. Elektrolītu joni mijiedarbojas, molekulas var asociēties, un reālas membrānas nav ideālas. Lielākām koncentrācijām izmanto aktivitātes un osmotiskos koeficientus. Reversā osmoze pieliek ārēju spiedienu, kas lielāks par π, un apgriež spontāno šķīdinātāja plūsmu.

Atrisināti piemēri

1. Saharozes osmotiskais spiediens

Risinājums

0,20 M saharozei pie 298 K un i≈1: π≈(0,20)(0,08206)(298)=4,89 atm.

2. Ideāls NaCl salīdzinājums

Risinājums

Pie vienāda M un T ideāls NaCl ar i≈2 dod aptuveni divreiz lielāku osmotisko spiedienu nekā nedisociējoša viela; reāli jonu šķīdumi novirzās.

3. Reversā osmoze

Risinājums

Ja π=25 bar, 30 bar spiediens šķīduma pusē pārsniedz π un var apgriezt šķīdinātāja neto plūsmas virzienu.