Прыклад дыскусійнага пытання па асматычным ціску раствораў
Пендахулуан
Асматычны ціск — важная з'ява ў хіміі і біялогіі. Гэта ціск, неабходны для прадухілення патоку вады праз паўпранікальную мембрану з раствора нізкай канцэнтрацыі ў раствор высокай канцэнтрацыі. Разуменне асматычнага ціску мае вырашальнае значэнне ў розных сферах прымянення, такіх як біялагічныя працэсы ў клетках, ачыстка вады і фармацэўтычная распрацоўка. Каб больш выразна праілюстраваць гэтую канцэпцыю, мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач і рашэнняў, звязаных з асматычным ціскам раствораў.
Пытанне 1: Разлік асматычнага ціску цукровага раствора
Пытанне:
Два грамы цукрозы (C12H22O11) раствараюць у вадзе, каб атрымаць аб'ём 500 мл. Які асматычны ціск гэтага раствора пры тэмпературы 25°C? (Выкарыстоўвайце R = 0.0821 л·атм·K^-1·моль^-1 і малярную масу цукрозы = 342 г/моль).
Абмеркаванне:
1. Вылічыце малярнасць раствора:
Малярнасць (M) = \( \dfrac{\text{Колькасць моляў растворанага рэчыва}}{\text{Аб'ём раствора ў літрах}} \)
Колькасць моляў цукрозы = \( \dfrac{2 \text{ г}}{342 \text{ г/моль}} \) = 0.00585 моль
Аб'ём раствора = 500 мл = 0.5 л
Малярнасць (М) = (0.00585 моль/л) = 0.0117 М
2. Разлік асматычнага ціску:
Асматычны ціск (π) = MRT
Дзе:
M = 0.0117 моль/л
R = 0.0821 л атм K⁻¹ моль⁻¹
T = 25°C = 298 K (таму што тэмпература павінна быць у градусах Кельвіна)
π = (0.0117 моль/л)(0.0821 л·атм·К^-1·моль^-1)(298 К)
π = 0.286 атм
Такім чынам, асматычны ціск раствора цукрозы складае 0.286 атм.
Пытанне 2: Асматычны ціск раствора электраліта
Пытанне:
Які асматычны ціск раствора NaCl з канцэнтрацыяй 0.2 М пры тэмпературы 27°C? (Вядома, што NaCl — гэта электраліт, які цалкам дысацыюе на Na+ і Cl- з R = 0.0821 л·атм·K^-1·моль^-1)
Абмеркаванне:
1. Разлічыце ступень дысацыяцыі:
NaCl → Na+ + Cl-
Паколькі NaCl цалкам дысацыюецца, агульная колькасць часціц у растворы ўдвая перавышае колькасць моляў NaCl.
Агульная колькасць часціц = 2 × колькасць моляў NaCl
2. Разлік асматычнага ціску:
Асматычны ціск (π) = iMRT
Дзе:
i = 2 (таму што існуе 2 тыпы іонаў, Na+ і Cl-)
M = 0.2 моль/л
R = 0.0821 л атм K⁻¹ моль⁻¹
T = 27°C = 300 К
π = (2)(0.2 моль/л)(0.0821 л·атм·К^-1·моль^-1)(300 К)
π = 9.852 атм
Такім чынам, асматычны ціск 0.2 М раствора NaCl пры тэмпературы 27°C складае 9.852 атм.
Пытанне 3: Асматычны ціск у растворах глюкозы і фруктозы
Пытанне:
Раствор рыхтуюць, раствараючы 1 моль глюкозы (C6H12O6) і 1 моль фруктозы (C6H12O6) у 1 літры вады. Які асматычны ціск раствора пры тэмпературы 37°C? (Выкарыстоўвайце R = 0.0821 л атм K^-1 моль^-1)
Абмеркаванне:
1. Вылічыце агульную колькасць моляў:
Агульная колькасць моляў = 1 моль глюкозы + 1 моль фруктозы = 2 моляў
2. Разлік асматычнага ціску:
Асматычны ціск (π) = MRT
Дзе:
M = 2 моль/л (таму што ў 1 літры вады ўсяго 2 молі)
R = 0.0821 л атм K⁻¹ моль⁻¹
T = 37°C = 310 К
π = (2 моль/л)(0.0821 л·атм·К^-1·моль^-1)(310 К)
π = 50.942 атм
Такім чынам, асматычны ціск раствора, які змяшчае 1 моль глюкозы і 1 моль фруктозы ў 1 літры вады пры тэмпературы 37°C, складае 50.942 атм.
Пытанне 4: Сумесь двух неэлектралітных рэчываў
Пытанне:
Які асматычны ціск сумесі, якая складаецца з 0.5 моль мачавіны (CO(NH2)2) і 0.5 моль этанолу (C2H5OH) у 1 літры вады пры тэмпературы 20°C? (R = 0.0821 л·атм·K^-1·моль^-1)
Абмеркаванне:
1. Вылічыце агульную колькасць моляў у растворы:
Агульная колькасць моляў = 0.5 моль мачавіны + 0.5 моль этанолу = 1 моль
2. Разлік асматычнага ціску:
Асматычны ціск (π) = MRT
Дзе:
M = 1 моль/л (таму што ў 1 літры вады ўсяго 1 молі)
R = 0.0821 л атм K⁻¹ моль⁻¹
T = 20°C = 293 К
π = (1 моль/л)(0.0821 л·атм·К^-1·моль^-1)(293 К)
π = 24.0633 атм
Такім чынам, асматычны ціск сумесі, якая змяшчае 0.5 моль мачавіны і 0.5 моль этанолу ў 1 літры вады пры тэмпературы 20°C, складае 24.0633 атм.
Выснова
З прыведзенага вышэй прыкладу задачы мы можам зразумець, як разлічыць асматычны ціск у розных умовах. На асматычны ціск уплываюць такія фактары, як канцэнтрацыя раствора, тып растворанага рэчыва (электраліт ці неэлектраліт) і тэмпература. Матэматычны аналіз асматычнага ціску абапіраецца на фундаментальныя прынцыпы, прадыктаваныя законам ідэальнага газу. Добра разумеючы гэтую канцэпцыю, мы можам прымяніць яе да розных практычных сітуацый у хіміі і біялогіі.
