Растворы. Коллигативные свойства, страница 8

Измерение осмотического давления широко применяется для определения молярной массы растворённого вещества. Такие методы называются осмометрией. По этому методу измеряют осмотическое давление раствора с известной весовой концентрацией растворённого вещества r_В. Из результатов измерений находят молярность с_В, и затем вычисляют молярную массу по уравнению М_В = r_В/с_В. Практика таких измерений осложнена тем, что идеальные полупроницаемые мембраны не существуют. В качестве материала для мембраны используют, обычно, тонкопористые твёрдые вещества, такие как ацетат целлюлозы. Мембрана служит своей цели тем лучше, чем больше разница размеров молекул растворителя и растворённого вещества. Поэтому наибольшее применение метод находит для определения молярной массы полимеров в низкомолекулярных (то есть, в обычных) растворителях. Но большая разница размеров молекул растворённого вещества и растворителя ведёт к сильной неидеальности раствора, даже при низком содержании полимера. Поэтому в уравнение (4.47) вносят поправки на коэффициент активности.

Процесс течения растворителя или других веществ через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Этот процесс имеет важное значение в биологии. Клетки живой ткани окружены полупроницаемыми мембранами, которые пропускают многие вещества, такие как Н₂О, СО₂, О₂, N₂, глюкозу и аминокислоты, но не пропускают белки, полисахариды и некоторые другие вещества. Если жидкость, окружающая клетку (кровь, лимфа или сок), имеет более высокую активность растворённых веществ, не пропускаемых мембраной, то вода покидает содержимое клетки и клетка обезвоживается. Такая жидкость называется гипертонической по отношению к клетке. Если концентрация этих веществ в окружении клетки понижена, то вода течёт из окружающей жидкости в клетку, в результате чего клетки набухают и могут лопаться. В этом случае, окружающая жидкость называется гипотонической по отношению к клетке. Но в нормальном состоянии окружающая жидкость находятся в равновесии с внутриклеточной жидкостью. В этом случае говорят, что обе жидкости являются изотоническими. Например, для жизни растений необходимо, чтобы грунтовая вода была гипотонической по отношению к их клеткам. В медицине, при внутривенном кормлении или других инъекциях, используются растворы, изотонические по отношению к клеткам крови.

4.8. Равновесие твердая фаза–жидкость

В предыдущем разделе, при выводе уравнения для понижения температуры замерзания растворителя, рассматривалось равновесие между твёрдой фазой чистого растворителя А и жидкой фазой раствора А + В. Как промежуточный результат, было выведено уравнение (4.40), связывающее мольную долю А в идеальном разбавленном растворе с температурой равновесия между фазами (то есть, с температурой замерзания компонента А). Но, с точки зрения термодинамики, различие между растворителем и растворённым веществом является произвольным. Поэтому для растворенного вещества В можно сделать точно такие же математические выкладки, с той же аргументацией, и получить уравнение, аналогичное уравнению (4.40):

».                         (4.48)

где Т* – температура плавления компонента В (растворенного вещества), Т – температура равновесия между жидким раствором и чистой твёрдой фазой компонента В.

Само уравнение (4.40) можно выразить через мольную долю растворённого вещества В. Для бинарного раствора оно будет иметь вид:

».                       (4.40а)

Если эти уравнения решить относительно температуры

,               (4.49)