ხსნარების ოსმოსური წნევის შესახებ სადისკუსიო კითხვის მაგალითი

ხსნარების ოსმოსური წნევის შესახებ სადისკუსიო კითხვის მაგალითი

პენდაჰულუანი

ოსმოსური წნევა ქიმიასა და ბიოლოგიაში მნიშვნელოვანი ფენომენია. ეს არის წნევა, რომელიც საჭიროა წყლის ნახევრად გამტარი მემბრანის გავლით დაბალი კონცენტრაციის ხსნარიდან მაღალი კონცენტრაციის ხსნარში გადასვლის თავიდან ასაცილებლად. ოსმოსური წნევის გაგება გადამწყვეტია სხვადასხვა დანიშნულებით, როგორიცაა უჯრედებში ბიოლოგიური პროცესები, წყლის დამუშავება და ფარმაცევტული დიზაინის შექმნა. ამ კონცეფციის უფრო ნათლად საილუსტრაციოდ, განვიხილავთ ხსნარების ოსმოსურ წნევასთან დაკავშირებული რამდენიმე პრობლემისა და გადაწყვეტის მაგალითს.

კითხვა 1: შაქრის ხსნარის ოსმოსური წნევის გამოთვლა

კითხვა:
ორი გრამი საქაროზა (C12H22O11) იხსნება წყალში 500 მლ მოცულობის მისაღებად. რა არის ამ ხსნარის ოსმოსური წნევა 25°C ტემპერატურაზე? (გამოიყენეთ R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1 და საქაროზას მოლური მასა = 342 გ/მოლ).

დისკუსია:

1. გამოთვალეთ ხსნარის მოლარობა:

მოლარობა (M) = \( \dfrac{\text{გახსნილი ნივთიერების მოლების რაოდენობა}}{\text{ხსნარის მოცულობა ლიტრებში}} \)

საქაროზის მოლების რაოდენობა = \( \dfrac{2 \text{g}}{342 \text{g/mol}} \) = 0.00585 მოლი

ხსნარის მოცულობა = 500 მლ = 0.5 ლ

მოლარობა (M) = \( \dfrac{0.00585 \text{მოლი}}{0.5 \text{L}} \) = 0.0117 M

2. ოსმოსური წნევის გამოთვლა:

ოსმოსური წნევა (π) = MRT

სად:
M = 0.0117 მოლ/ლ
R = 0.0821 ლ ატმოსფერო K^-1 მოლ^-1
T = 25°C = 298 K (რადგან ტემპერატურა კელვინებში უნდა იყოს)

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

π = 0.286 ატმ

ასე რომ, საქაროზის ხსნარის ოსმოსური წნევაა 0.286 ატმ.

კითხვა 2: ელექტროლიტური ხსნარის ოსმოსური წნევა

კითხვა:
რა არის NaCl ხსნარის ოსმოსური წნევა 0.2 M კონცენტრაციით 27°C ტემპერატურაზე? (ცნობილია, რომ NaCl არის ელექტროლიტი, რომელიც სრულად დისოცირდება Na+ და Cl--ად, სადაც R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)

დისკუსია:

1. გამოთვალეთ დისოციაციის ხარისხი:

NaCl → Na+ + Cl-

რადგან NaCl სრულად დისოცირდება, ხსნარში ნაწილაკების საერთო რაოდენობა NaCl-ის მოლების რაოდენობას ორჯერ აღემატება.

ნაწილაკების საერთო რაოდენობა = 2 × NaCl-ის მოლების რაოდენობა

2. ოსმოსური წნევის გამოთვლა:

ოსმოსური წნევა (π) = iMRT

სად:
i = 2 (რადგან არსებობს 2 ტიპის იონები, Na+ და Cl-)
M = 0.2 მოლ/ლ
R = 0.0821 ლ ატმოსფერო K^-1 მოლ^-1
T = 27°C = 300 K

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

π = 9.852 ატმ

ამგვარად, 0.2 M NaCl ხსნარის ოსმოსური წნევა 27°C ტემპერატურაზე 9.852 ატმოსია.

კითხვა 3: ოსმოსური წნევა გლუკოზისა და ფრუქტოზის ხსნარებში

კითხვა:
ხსნარი მზადდება 1 ლიტრ წყალში 1 მოლი გლუკოზის (C6H12O6) და 1 მოლი ფრუქტოზის (C6H12O6) გახსნით. რა არის ხსნარის ოსმოსური წნევა 37°C ტემპერატურაზე? (გამოიყენეთ R = 0.0821 ლ ატმოსფერო K^-1 მოლ^-1)

დისკუსია:

1. გამოთვალეთ მოლების საერთო რაოდენობა:

მოლების საერთო რაოდენობა = 1 მოლი გლუკოზა + 1 მოლი ფრუქტოზა = 2 მოლი

2. ოსმოსური წნევის გამოთვლა:

ოსმოსური წნევა (π) = MRT

სად:
M = 2 მოლი/ლ (რადგან 1 ლიტრ წყალში სულ 2 მოლია)
R = 0.0821 ლ ატმოსფერო K^-1 მოლ^-1
T = 37°C = 310 K

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

π = 50.942 ატმ

ამგვარად, 37°C ტემპერატურაზე 1 ლიტრ წყალში 1 მოლი გლუკოზისა და 1 მოლი ფრუქტოზის შემცველი ხსნარის ოსმოსური წნევა 50.942 ატმ-ია.

კითხვა 4: ორი არაელექტროლიტური ნივთიერების ნარევი

კითხვა:
რა არის ოსმოსური წნევა ნარევისა, რომელიც შედგება 0.5 მოლ შარდოვანას (CO(NH2)2) და 0.5 მოლ ეთანოლის (C2H5OH) 1 ლიტრ წყალში 20°C ტემპერატურაზე? (R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)

დისკუსია:

1. გამოთვალეთ ხსნარში მოლების საერთო რაოდენობა:

მოლების საერთო რაოდენობა = 0.5 მოლი შარდოვანა + 0.5 მოლი ეთანოლი = 1 მოლი

2. ოსმოსური წნევის გამოთვლა:

ოსმოსური წნევა (π) = MRT

სად:
M = 1 მოლი/ლ (რადგან 1 ლიტრ წყალში სულ 1 მოლია)
R = 0.0821 ლ ატმოსფერო K^-1 მოლ^-1
T = 20°C = 293 K

π = (1 მოლ/ლ) (0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)(293 K)

π = 24.0633 ატმ

ამგვარად, 20°C ტემპერატურაზე 1 ლიტრ წყალში 0.5 მოლ შარდოვანას და 0.5 მოლ ეთანოლის შემცველი ნარევის ოსმოსური წნევა 24.0633 ატმ-ია.

დასკვნა

ზემოთ მოყვანილი მაგალითიდან შეგვიძლია გავიგოთ, თუ როგორ გამოვთვალოთ ოსმოსური წნევა სხვადასხვა პირობებში. ოსმოსურ წნევაზე გავლენას ახდენს ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ხსნარის კონცენტრაცია, გახსნილი ნივთიერების ტიპი (ელექტროლიტი თუ არაელექტროლიტი) და ტემპერატურა. ოსმოსური წნევის მათემატიკური ანალიზი ეფუძნება იდეალური აირის კანონით განსაზღვრულ ფუნდამენტურ პრინციპებს. ამ კონცეფციის კარგად გაგებით, შეგვიძლია მისი გამოყენება ქიმიისა და ბიოლოგიის სხვადასხვა პრაქტიკულ სიტუაციაში.