Լուծույթների օսմոտիկ ճնշման վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Լուծույթների օսմոտիկ ճնշման վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Պենդահուլուան

Օսմոտիկ ճնշումը կարևոր երևույթ է քիմիայի և կենսաբանության մեջ: Այն ճնշում է, որը պահանջվում է ջրի հոսքը կիսաթափանցիկ թաղանթով կանխելու համար՝ ցածր կոնցենտրացիայի լուծույթից դեպի բարձր կոնցենտրացիայի լուծույթ: Օսմոտիկ ճնշման հասկացողությունը կարևոր է բազմաթիվ կիրառություններում, ինչպիսիք են բջիջներում կենսաբանական գործընթացները, ջրի մաքրումը և դեղագործական նախագծումը: Այս հասկացությունն ավելի հստակ պատկերացնելու համար մենք կքննարկենք լուծույթների օսմոտիկ ճնշման հետ կապված մի քանի օրինակելի խնդիրներ և լուծումներ:

Հարց 1. Շաքարի լուծույթի օսմոտիկ ճնշման հաշվարկը

Հարց՝
Երկու գրամ սախարոզ (C12H22O11) լուծվում է ջրի մեջ՝ ստանալով 500 մլ ծավալ։ Որքա՞ն է այս լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը 25°C ջերմաստիճանում։ (Օգտագործեք R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1 և սախարոզի մոլային զանգվածը = 342 գ/մոլ)։

Քննարկում.

1. Հաշվարկեք լուծույթի մոլարությունը.

Մոլյարություն (M) = \( \dfrac{\text{Լուծված նյութի մոլերի քանակը}}{\text{Լուծույթի ծավալը լիտրերով}} \)

Սախարոզի մոլերի քանակը = \( \dfrac{2 \text{ g}}{342 \text{ գ/մոլ}} \) = 0.00585 մոլ

Լուծույթի ծավալը = 500 մլ = 0.5 լ

Մոլյարություն (Մ) = \( \dfrac{0.00585 \text{մոլ}}{0.5 \text{Լ}} \) = 0.0117 Մ

2. Օսմոտիկ ճնշման հաշվարկ.

Օսմոտիկ ճնշում (π) = MRT

Որտեղ՝
Մ = 0.0117 մոլ/լ
R = 0.0821 լ մթնոլորտ K^-1 մոլ^-1
T = 25°C = 298 K (քանի որ ջերմաստիճանը պետք է լինի Կելվինով)

π = (0.0117 մոլ/լ) (0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)(298 K)

π = 0.286 մթնոլորտ

Այսպիսով, սախարոզի լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը 0.286 մթնոլորտ է:

Հարց 2. Էլեկտրոլիտի լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը

Հարց՝
Որքա՞ն է NaCl լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը 0.2 Մ կոնցենտրացիայով 27°C ջերմաստիճանում: (Հայտնի է, որ NaCl-ը էլեկտրոլիտ է, որը լիովին դիսոցվում է Na+ և Cl-՝ R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1 դեպքում):

Քննարկում.

1. Հաշվարկեք դիսոցիացիայի աստիճանը.

NaCl → Na+ + Cl-

Քանի որ NaCl-ը լիովին դիսոցված է, լուծույթում մասնիկների ընդհանուր թիվը NaCl-ի մոլերի քանակից կրկնակի մեծ է։

Մասնիկների ընդհանուր քանակը = 2 × NaCl մոլերի քանակը

2. Օսմոտիկ ճնշման հաշվարկ.

Օսմոտիկ ճնշում (π) = iMRT

Որտեղ՝
i = 2 (քանի որ կան 2 տեսակի իոններ՝ Na+ և Cl-)
Մ = 0.2 մոլ/լ
R = 0.0821 լ մթնոլորտ K^-1 մոլ^-1
T = 27°C = 300 Կ

π = (2) (0.2 մոլ/լ) (0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)(300 K)

π = 9.852 մթնոլորտ

Այսպիսով, 0.2 Մ NaCl լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը 27°C ջերմաստիճանում կազմում է 9.852 մթնոլորտ։

Հարց 3. Օսմոտիկ ճնշումը գլյուկոզի և ֆրուկտոզայի լուծույթներում

Հարց՝
Լուծույթը պատրաստվում է՝ 1 մոլ գլյուկոզ (C6H12O6) և 1 մոլ ֆրուկտոզ (C6H12O6) լուծելով 1 լիտր ջրի մեջ։ Որքա՞ն է լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը 37°C ջերմաստիճանում։ (Օգտագործեք R = 0.0821 Լ մթնոլորտային K^-1 մոլ^-1):

Քննարկում.

1. Հաշվարկեք մոլերի ընդհանուր քանակը։

Մոլերի ընդհանուր քանակը = 1 մոլ գլյուկոզ + 1 մոլ ֆրուկտոզ = 2 մոլ

2. Օսմոտիկ ճնշման հաշվարկ.

Օսմոտիկ ճնշում (π) = MRT

Որտեղ՝
M = 2 մոլ/լ (քանի որ 1 լիտր ջրում ընդհանուր առմամբ կա 2 մոլ)
R = 0.0821 լ մթնոլորտ K^-1 մոլ^-1
T = 37°C = 310 Կ

π = (2 մոլ/լ) (0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)(310 K)

π = 50.942 մթնոլորտ

Այսպիսով, 37°C ջերմաստիճանում 1 լիտր ջրում 1 մոլ գլյուկոզ և 1 մոլ ֆրուկտոզ պարունակող լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը կազմում է 50.942 մթնոլորտ։

Հարց 4. Երկու ոչ էլեկտրոլիտային նյութերի խառնուրդ

Հարց՝
Որքա՞ն է 0.5 մոլ միզանյութից (CO(NH2)2) և 0.5 մոլ էթանոլից (C2H5OH) բաղկացած խառնուրդի օսմոտիկ ճնշումը 1 լիտր ջրում՝ 20°C ջերմաստիճանում: (R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)

Քննարկում.

1. Հաշվարկեք լուծույթում մոլերի ընդհանուր քանակը։

Մոլերի ընդհանուր քանակը = 0.5 մոլ միզանյութ + 0.5 մոլ էթանոլ = 1 մոլ

2. Օսմոտիկ ճնշման հաշվարկ.

Օսմոտիկ ճնշում (π) = MRT

Որտեղ՝
M = 1 մոլ/լ (քանի որ 1 լիտր ջրում ընդհանուր առմամբ կա 1 մոլ)
R = 0.0821 լ մթնոլորտ K^-1 մոլ^-1
T = 20°C = 293 Կ

π = (1 մոլ/լ) (0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)(293 K)

π = 24.0633 մթնոլորտ

Այսպիսով, 20°C ջերմաստիճանում 1 լիտր ջրում 0.5 մոլ միզանյութ և 0.5 մոլ էթանոլ պարունակող խառնուրդի օսմոտիկ ճնշումը կազմում է 24.0633 մթնոլորտ։

Եզրակացություն

Վերոնշյալ օրինակային խնդրից մենք կարող ենք հասկանալ, թե ինչպես հաշվարկել օսմոտիկ ճնշումը տարբեր պայմաններում: Օսմոտիկ ճնշման վրա ազդում են այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են լուծույթի կոնցենտրացիան, լուծված նյութի տեսակը (էլեկտրոլիտ կամ ոչ էլեկտրոլիտ) և ջերմաստիճանը: Օսմոտիկ ճնշման մաթեմատիկական վերլուծությունը հիմնված է իդեալական գազի օրենքով թելադրված հիմնարար սկզբունքների վրա: Այս հասկացությունը լավ հասկանալով՝ մենք կարող ենք այն կիրառել քիմիայի և կենսաբանության տարբեր գործնական իրավիճակներում: