Ерітінділердің осмостық қысымы туралы талқылау сұрағының мысалы
Пендахулуан
Осмостық қысым химия мен биологияда маңызды құбылыс болып табылады. Бұл судың жартылай өткізгіш мембрана арқылы төмен концентрациялы ерітіндіден жоғары концентрациялы ерітіндіге ағып кетуіне жол бермеу үшін қажетті қысым. Осмостық қысымды түсіну жасушалардағы биологиялық процестер, суды тазарту және фармацевтикалық дизайн сияқты әртүрлі қолданбаларда өте маңызды. Бұл тұжырымдаманы айқынырақ көрсету үшін біз ерітінділердің осмостық қысымына қатысты бірнеше мысал мәселелер мен шешімдерді талқылаймыз.
1-сұрақ: Қант ерітіндісінің осмостық қысымын есептеу
Сұрақ:
Екі грамм сахароза (C12H22O11) суда ерітіліп, 500 мл көлем түзіледі. Бұл ерітіндінің 25°C температурадағы осмостық қысымы қандай? (R = 0.0821 л·атм·К^-1·моль^-1 және сахарозаның молярлық массасы = 342 г/моль деп есептеңіз).
Талқылау:
1. Ерітіндінің молярлығын есептеңіз:
Молярлық (M) = \( \dfrac{\text{Еріген заттың моль саны}}{\text{Еріген заттың көлемі литрмен}} \)
Сахарозаның моль саны = \( \dfrac{2 \text{ g}}{342 \text{ g/mol}} \) = 0.00585 моль
Ерітінді көлемі = 500 мл = 0.5 л
Молярлық (M) = \( \dfrac{0.00585 \text{ mol}}{0.5 \text{ L}} \) = 0.0117 M
2. Осмостық қысымды есептеу:
Осмостық қысым (π) = МРТ
Қайда:
М = 0.0117 моль/л
R = 0.0821 л атм К^-1 моль^-1
T = 25°C = 298 K (өйткені температура Кельвинмен өлшенуі керек)
π = (0.0117 моль/л)(0.0821 Латм·К^-1·моль^-1)(298 К)
π = 0.286 атм
Сонымен, сахароза ерітіндісінің осмостық қысымы 0.286 атм.
2-сұрақ: Электролит ерітіндісінің осмостық қысымы
Сұрақ:
27°C температурада 0.2 М концентрациялы NaCl ерітіндісінің осмостық қысымы қандай? (NaCl R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1 кезінде Na+ және Cl- ге толығымен ыдыратылатын электролит екені белгілі)
Талқылау:
1. Диссоциациялану дәрежесін есептеңіз:
NaCl → Na+ + Cl-
NaCl толығымен диссоциацияланғандықтан, ерітіндідегі бөлшектердің жалпы саны NaCl мольдерінен екі есе көп.
Бөлшектердің жалпы саны = 2 × NaCl мольдерінің саны
2. Осмостық қысымды есептеу:
Осмостық қысым (π) = iMRT
Қайда:
i = 2 (өйткені иондардың екі түрі бар: Na+ және Cl-)
М = 0.2 моль/л
R = 0.0821 л атм К^-1 моль^-1
Т = 27°C = 300 К
π = (2)(0.2 моль/л)(0.0821 Латм·К^-1·моль^-1)(300 К)
π = 9.852 атм
Сонымен, 27°C температурадағы 0.2 М NaCl ерітіндісінің осмостық қысымы 9.852 атм.
3-сұрақ: Глюкоза және фруктоза ерітінділеріндегі осмостық қысым
Сұрақ:
Ерітінді 1 литр суда 1 моль глюкоза (C6H12O6) және 1 моль фруктоза (C6H12O6) еріту арқылы дайындалады. 37°C температурада ерітіндінің осмостық қысымы қандай? (R = 0.0821 л атм К^-1 моль^-1 қолданыңыз)
Талқылау:
1. Мольдердің жалпы санын есептеңіз:
Мольдердің жалпы саны = 1 моль глюкоза + 1 моль фруктоза = 2 моль
2. Осмостық қысымды есептеу:
Осмостық қысым (π) = МРТ
Қайда:
M = 2 моль/л (өйткені 1 литр суда барлығы 2 моль бар)
R = 0.0821 л атм К^-1 моль^-1
Т = 37°C = 310 К
π = (2 моль/л)(0.0821 Латм·К^-1·моль^-1)(310 К)
π = 50.942 атм
Сонымен, 37°C температурада 1 литр судағы 1 моль глюкоза мен 1 моль фруктозадан тұратын ерітіндінің осмостық қысымы 50.942 атм.
4-сұрақ: Электролит емес екі заттың қоспасы
Сұрақ:
20°C температурада 1 литр судағы 0.5 моль мочевинадан (CO(NH2)2) және 0.5 моль этанолдан (C2H5OH) тұратын қоспаның осмостық қысымы қандай? (R = 0.0821 L·atm·K^-1·mol^-1)
Талқылау:
1. Ерітіндідегі жалпы моль санын есептеңіз:
Мольдердің жалпы саны = 0.5 моль мочевина + 0.5 моль этанол = 1 моль
2. Осмостық қысымды есептеу:
Осмостық қысым (π) = МРТ
Қайда:
M = 1 моль/л (өйткені 1 литр суда барлығы 1 моль бар)
R = 0.0821 л атм К^-1 моль^-1
Т = 20°C = 293 К
π = (1 моль/л)(0.0821 Латм·К^-1·моль^-1)(293 К)
π = 24.0633 атм
Сонымен, 20°C температурада 1 литр судағы 0.5 моль мочевина және 0.5 моль этанол бар қоспаның осмостық қысымы 24.0633 атм.
Қорытынды
Жоғарыдағы мысал есебінен біз әртүрлі жағдайларда осмостық қысымды қалай есептеу керектігін түсіне аламыз. Осмостық қысымға ерітіндінің концентрациясы, еріген зат түрі (электролит немесе электролит емес) және температура сияқты факторлар әсер етеді. Осмостық қысымның математикалық талдауы идеал газ заңымен белгіленген негізгі қағидаларға негізделген. Бұл тұжырымдаманы жақсы түсіне отырып, біз оны химия мен биологиядағы әртүрлі практикалық жағдайларға қолдана аламыз.
