溶液的滲透壓(滲透現(xiàn)象,半透膜,滲透平衡,范特荷甫定律,公式)

　　一、滲透現(xiàn)象和滲透壓

　　在蔗糖濃溶液上小心加入一層清水，水分子即從上層滲入下層，蔗糖分子也由下層涌入上層，直到蔗糖溶液的濃度均勻為止。一種物質(zhì)的粒子自發(fā)地分布于另一種物質(zhì)中的現(xiàn)象稱為擴散。

　　如果將蔗糖水溶液與水用半透膜隔開（圖1-2甲），使膜內(nèi)和膜外液面相平，靜置一段時間后，可以看到膜內(nèi)溶液的液面不斷上升（圖1-2乙），說明水分子不斷地透過半透膜進入溶液中。溶劑透過半透膜進入溶液的自發(fā)過程稱為滲透現(xiàn)象。不同濃度的兩種溶液被半透膜隔開時都有滲透現(xiàn)象發(fā)生。

　　半透膜是一種只允許某些物質(zhì)透過，而不允許另一些物質(zhì)透過的薄膜。上面實驗中的半透膜只允許水分子透過，而蔗糖分子卻不能透過。細胞膜、膀胱膜、毛細血管壁等生物膜都具有半透膜的性質(zhì)。人工制造的火棉膠膜、玻璃紙等也具有半透膜的性質(zhì)。

　　上述滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是蔗糖分子不能透過半透膜，而水分子卻可以自由通過半透膜。由于膜兩側(cè)單位體積內(nèi)水分子數(shù)目不等，水分子在單位時間內(nèi)從純水（或稀溶液）進入蔗糖溶液的數(shù)目，要比蔗糖溶液中水分子在同一時間內(nèi)進入純水（或稀溶液）的數(shù)目多，因而產(chǎn)生了滲透現(xiàn)象。滲透現(xiàn)象的產(chǎn)生必須具備兩個條件：一是有半透膜存在，二是半透膜兩側(cè)必須是兩種不同濃度的溶液。

　　圖1-2是滲透過程的示意圖，圖中v入表示水分子進入半透膜內(nèi)的速度，v出表示膜內(nèi)水分子透出到膜外的速度。甲表示滲透剛開始，乙表示滲透不斷進行，管內(nèi)液面不斷上升。但是液面的上升不是無止境的，而是達到某一高度時便不再上升（圖1-2丙），此時，v入=v出,滲透達到平衡狀態(tài)即滲透平衡。阻止純?nèi)軇┫蛉芤褐袧B透，在溶液液面上所施加的壓力為該溶液的滲透壓。

　　如果被半透膜隔開的是兩種不同濃度的溶液，這時液柱產(chǎn)生的靜液壓，既不是濃溶液的滲透壓，也不是稀溶液的滲透壓，而是這兩種溶液滲透壓之差。

　　滲透壓的單位用Pa或kPa表示。

　　滲透壓是溶液的一個重要性質(zhì)，凡是溶液都有滲透壓。滲透壓的大小與溶液的濃度和溫度有關(guān)。

　　二、滲透壓與濃度、溫度的關(guān)系

　　1886年范特荷甫（van’t Hoff）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出一條規(guī)律：對稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。這條規(guī)律稱為范特荷甫定律。用方程式表示如下：

πV=nRT

或π=cRT（1-5）

　　式中π為稀溶液的滲透壓，V為溶液的體積，c為溶液的濃度，R為氣體常數(shù)，n為溶質(zhì)的物質(zhì)的量，T為絕對溫度。

　　式（1-5）稱為范特荷甫公式，也叫滲透壓公式。常數(shù)R的數(shù)值與π和V的單位有關(guān)，當(dāng)π的單位為kPa，V的單位為升（L）時，R值為8.31kPa•L•K^-1•mol^-1。

　　范特荷甫公式表示，在一定溫度下，溶液的滲透壓與單位體積溶液中所含溶質(zhì)的粒子數(shù)（分子數(shù)或離子數(shù)）成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。

　　對于稀溶液，c近似于質(zhì)量摩爾濃度，因此上式又可寫成

π＝m_BRT

　　對于相同cB的非電解質(zhì)溶液，在一定溫度下，因為單位體積溶液中所含溶質(zhì)的粒子（分子）數(shù)目相等，所以滲透壓是相同的。如0.3mol•L^-1葡萄糖溶液與0.3mol•L^-1蔗糖溶液的滲透壓相同。但是，相同cB的電解質(zhì)溶液和非電解質(zhì)溶液的滲透壓則不相同。例如，0.3mol.L^-1NaCl溶液的滲透壓約為0.3mol.L^-1葡萄糖溶液滲透壓的2倍。這是由于在NaCl溶液中，每個NaCl粒子可以離解成1個Na⁺和1個Cl^－。而葡萄糖溶液是非電解質(zhì)溶液，所以0.3mol•L^-1NaCl溶液的滲透壓約為0.3 mol•L^-1葡萄糖溶液的2倍。

　　由此可見，滲透壓公式中，對電解質(zhì)溶液來說，濃度c_B（或m_B）是1升溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的溶質(zhì)分子與離子總物質(zhì)的量，稱為滲透物質(zhì)的量濃度。

　　通過測定溶液的滲透壓，可以計算溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量。如果溶質(zhì)的質(zhì)量為m，摩爾質(zhì)量為M。實驗測得溶液的滲透壓為π，則該溶質(zhì)的相對分子質(zhì)量（數(shù)值等于摩爾質(zhì)量）可通過下式求得：

　�。�1-6）

　　式(1-6)主要用于測定高分子（蛋白質(zhì)等）的相對分子質(zhì)量。

　　滲透壓公式在醫(yī)療工作中有其現(xiàn)實意義。人體血液的滲透壓在正常體溫（37℃）時約為769.9kPa。要配制與血液滲透壓相等的溶液，即可由滲透壓公式計算出溶液的濃度。

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