Ha P-vel ábrázoljuk az oldószer gőznyomását, P 'az oldat gőznyomását és Xs az oldott anyag mol frakcióját, akkor Raoult-törvény a következőképpen fejeződik ki:
onnan származik, hogy:
Ez a képlet lehetővé teszi számunkra Raoult törvényének kimondását: az oldat gőznyomása megegyezik az oldószer gőznyomásának és az oldószer moláris frakciójának szorzatával. Ez a képlet minden igaz megoldásra érvényes.
Amikor dolgozol híg oldatokkal mint például a biológiai anyagok, amelyek molalitása 0 és 0,4 között mozog, hozzávetőleges képletet használhat. Ha például az m = 0,4 molalitás, akkor 1000 g vízben 0,4 mol oldott anyag van, vagy ami azonos, 0,4 mol oldott anyag minden 55,5 mol víznél, mivel 1000 g víz (molekulatömeg = 18) 55,5 mol:
Másrészt az oldott anyag mólfrakciója (Xs):
E képlet szerint, a gőznyomás relatív csökkenése arányos a molalitással, ha az oldat híg.
A forráspont egy folyadéké az, amelynél a gőznyomása megegyezik a légköri nyomással (ábra a jobb oldalon).
A gőznyomás bármilyen csökkenése (például egy nem illékony oldott anyag hozzáadása) megnöveli a forráspont hőmérsékletét (lásd a táblázat ábráját). A forráshőmérséklet emelkedése arányos az oldott anyag mol frakciójával. Ez a forráshőmérséklet-emelkedés (D Te) arányos az oldott anyag moláris koncentrációjával:
A állandóan forró copic (Ke) minden oldószerre jellemző (nem függ az oldott anyag jellegétől), víz esetében pedig értéke 0,52 єC/mol/Kg. Ez azt jelenti, hogy bármely nem illékony oldott anyag vizes moláris oldatának forráspont-emelkedése 0,52 ° C.
A az oldatok fagyási hőmérséklete alacsonyabb, mint a tiszta oldószer fagyáspontja (lásd az ábra táblázatot). Fagyás akkor következik be, amikor a folyadék gőznyomása megegyezik a szilárd anyag gőznyomásával. Hívás Tc krioszkópos süllyedéshez és m Az oldott anyag moláris koncentrációjánál igaz, hogy:
lévén Kc a krioszkópos oldószerállandó. A víz esetében ez az érték 1,86 єC/mol/Kg. Ez azt jelenti, hogy bármely oldott anyag vizes moláris oldata (m = 1) -1,86 є C-on fagy le.
Az ozmotikus nyomás a legfontosabb kolligatív tulajdonság biológiai alkalmazásai szempontjából, de mielőtt teljes mértékben belemennénk e tulajdonság vizsgálatába, szükséges áttekinteni a diffúzió és az ozmózis fogalmait.
Adás Ez az a folyamat, amelynek során az oldott molekulák hajlamosak homogén eloszlást elérni a számukra elérhető összes térben, amelyet egy bizonyos idő után elérnek (ábra a bal oldalon). A biológiában az diffúzió membránokon keresztül, mivel a biológiai membránok jelenléte feltételezi az oldószer és az oldott anyagok átjutását a sejtstruktúrákban.
A két különböző közeget elválasztó membrán jelenléte bizonyos korlátozásokat vet fel az oldott anyag diffúziós folyamatában, amely alapvetően a membrán pórusainak átmérője és az oldott részecskék mérete közötti kapcsolattól függ. A membránokat négy csoportba sorolják:
- esőkabátok: sem oldott anyagok, sem az oldószerek nem keresztezik őket
- félig áteresztő: nem engedik át az igazi oldott anyagokat, de a vizet
- dialektika: átjárják a vizet és a valódi oldott anyagokat, de nem a kolloid oldott anyagokat
- áteresztő: engedje át az oldószert, valamint a kolloid és valódi oldott anyagokat; csak a durva diszperziót áthatolhatatlanok
A biológiában és az élettanban, amikor oldószerről beszélünk, vízre utalunk, de az oldott anyagok lehetnek:
- kolloidális (fehérjék, poliszacharidok)
- valódi molekuláris típus (glükóz, karbamid)
- valódi sóoldat (NaCl, KHCO3)
Az ozmózis a folyadékok membránokon keresztüli diffúziója. Tegyük fel, hogy az oldószertől félig áteresztő membránnal elválasztott NaCl-oldat van, amely, mint láttuk, lehetővé teszi a víz áthaladását, de nem a sót (ábra a táblázat bal oldalán). A víz általában áthalad a membránon, a leghígabb oldattól a legkoncentráltabbig (A táblázat központi ábrája), vagyis a koncentrációk kiegyenlítése értelmében. Ez az irányzat engedelmeskedik a termodinamika második elvének és a két megoldás közötti gőznyomás-különbség fennállásának köszönhető. Az egyensúly akkor érhető el, ha a membrán mindkét oldalán a koncentráció kiegyenlítődik, mivel a víz nettó áramlása leáll.
Meghatározza a ozmotikus nyomás például hajlamos hígítani a tiszta oldószertől féligáteresztő membránnal elválasztott oldatból (a táblázat központi ábrája). Az oldott anyag ozmotikus nyomást fejt ki, amikor az oldószerrel csak akkor néz szembe, amikor nem képes átjutni az őket elválasztó membránon. Az oldat ozmotikus nyomása egyenlő a víz bejutásának megakadályozásához szükséges mechanikus nyomás féligáteresztő membránnal elválasztva az oldószertől (a táblázat jobb oldali ábrája).
Az ozmotikus nyomás mérésére a ozmométer (Ábra a jobb oldalon), amely alul félig áteresztő membránnal lezárt tartályból áll, felül pedig dugattyúval. Ha oldatot viszünk be a tartályba, és desztillált vízbe merítjük, a víz áthalad a féligáteresztő membránon, és olyan nyomást fejt ki, amely képes a dugattyút egy bizonyos magasságba emelni. A dugattyú megfelelő mechanikai nyomásnak való kitétele megakadályozhatja a víz átjutását az oldatba, és ennek a mechanikus nyomásnak az értéke az ozmotikus nyomást méri.
Azok a törvények, amelyek az igen híg oldatok ozmotikus nyomásának értékét szabályozzák (például a biológiában használtak), analógak a gáztörvényekkel. Felfedezőjük nevén ismerik őket Jacobus H. Van t'Hoff (fénykép a bal oldalon), a kémia Nobel-díja 1901-ben, és a következő képlet fejezi ki:
hol o az ozmotikus nyomást jelenti, m az oldat molalitása, R az univerzális gázállandó és T az abszolút hőmérséklet.
Ha összehasonlítjuk két megoldás ozmotikus nyomását, háromféle megoldást határozhatunk meg:
- izotóniás megoldások azok, amelyek ugyanazt az ozmotikus nyomást mutatják, mint a referenciaoldat
- hipotóniás megoldások azok, amelyek alacsonyabb ozmotikus nyomást mutatnak, mint a referenciaoldat
- hipertóniás megoldások azok, amelyek nagyobb ozmotikus nyomást mutatnak, mint a referenciaoldat
Az eritrocita membrán Félig áteresztő membránnak tekinthető, amely lehetővé teszi a víz átjutását, de a sók nem. Izotóniás környezetben (azonos ozmotikus nyomású), az eritrocita változatlan marad (a jobb oldali animációban válassza az Izotonikus lehetőséget). Ha bevezetik az eritrocitát desztillált vízben vagy hipotonikus közegben A víz áthalad a membránon a citoplazmába, megnöveli a sejtek térfogatát, és addig nyújtja a membránt, amíg meg nem szakad (a jobb oldali animációban válassza a Hypotonic lehetőséget). Ezt a jelenséget a neve ismeri hemolízis. Ha az eritrocita ehipertóniás környezetben (nagyobb ozmotikus nyomás mellett) a víz az eritrocitából kifelé távozik, ezáltal csökken a térfogata, és a membrán visszahúzódik, így csillagos megjelenést kölcsönöz a mikroszkóp alatt (a jobb oldali animációban válassza a Hypertonic-ot).
Ezért létfontosságú a sejt számára tartsa állandó az intersticiális közeg ozmotikus nyomását. Amikor a sejt olyan környezetben van, ahol az ozmolaritás eltér a belső környezetétől, mind a működése, mind a saját integritása veszélybe kerül. A bal oldali animáció megtekintéséhez nyomja meg a böngésző "Frissítés" gombját.
