Якщо представити через P тиск пари розчинника, P 'тиск пари розчину і Xs мольну частку розчиненої речовини, закон Рауля виражається наступним чином:
звідки отримують, що:
Ця формула дозволяє сформулювати закон Рауля: тиск пари розчину дорівнює тиску пари розчинника, помноженому на мольну частку розчинника в розчині. Ця формула справедлива для всіх справжніх рішень.
Коли ви працюєте з розведеними розчинами такі як біологічні препарати, молярність яких коливається від 0 до 0,4, можна використовувати приблизну формулу. Якщо, наприклад, молярність m = 0,4, на 1000 г води припадає 0,4 моля розчиненої речовини, або те саме, 0,4 моля розчиненої речовини на кожні 55,5 моля води, оскільки 1000 г води (молекулярна маса = 18) складають 55,5 молей:
З іншого боку, мольна частка розчиненої речовини (Xs) становить:
За цією формулою, відносне зниження тиску пари пропорційне молярності, якщо розчин розведений.
температура кипіння рідини - це така, при якій її тиск пари дорівнює атмосферному (малюнок праворуч).
Будь-яке зниження тиску пари (наприклад, додавання нелеткої розчиненої речовини) призведе до підвищення температури кипіння (див. Таблицю). Підвищення температури кипіння пропорційне мольній частці розчиненої речовини. Це підвищення температури кипіння (D Te) пропорційне мольній концентрації розчиненої речовини:
постійне кипіння копія (Ке) характерний для кожного розчинника (це не залежить від природи розчиненої речовини), а для води його значення становить 0,52 єС/моль/кг. Це означає, що мольний розчин будь-якої нелеткої розчиненої речовини у воді має рівень кипіння 0,52 ° С.
температура замерзання розчинів вона нижча за температуру замерзання чистого розчинника (див. таблицю). Замерзання відбувається, коли тиск пари рідини дорівнює тиску пари твердої речовини. Дзвінок Tc до кріоскопічного спуску і м При концентрації молялу розчиненої речовини, це правда, що:
будучи Kc the константа кріоскопічного розчинника. Для води це значення становить 1,86 єС/моль/кг. Це означає, що молярні розчини (m = 1) будь-якої розчиненої речовини у воді замерзають при -1,86 ° С.
Осмотичний тиск є найважливішою колігативною властивістю для його біологічних застосувань, але перед тим, як повністю вступити у вивчення цієї властивості, необхідно переглянути поняття дифузії та осмосу.
Трансляція Це процес, за допомогою якого молекули розчиненої речовини прагнуть досягти однорідного розподілу у всьому доступному для них просторі, який досягається через певний час (рисунок зліва). У біології явище дифузія через мембрани, оскільки наявність біологічних мембран обумовлює проходження розчинника та розчинених речовин у клітинних структурах (малюнок праворуч).
Наявність мембрани, що розділяє два різні середовища, накладає певні обмеження на процес дифузії розчиненої речовини, що залежатиме принципово від залежності між діаметром пор мембрани та розміром розчинених частинок. Мембрани класифікуються на чотири групи:
- плащі: їх не перетинають ні розчинені речовини, ні розчинник
- напівпроникний: вони не дозволяють пропускати справжні розчинені речовини, але дозволяють пропускати воду
- діалектика: вони проникні для води та справжніх розчинених речовин, але не для колоїдних розчинених речовин
- проникний: дозволити проходження розчинника та колоїдних та справжніх розчинених речовин; вони не пропускають лише грубу дисперсію
У біології та фізіології, коли ми говоримо про розчинник, ми маємо на увазі воду, але розчиненими речовинами можуть бути:
- колоїдні (білки, полісахариди)
- справжній молекулярний тип (глюкоза, сечовина)
- справжній сольовий розчин (NaCl, KHCO3)
Осмос - це дифузія рідин через мембрани. Припустимо, що розчин NaCl відокремлений від розчинника напівпроникною мембраною, яка, як ми вже бачили, дозволяє пропускати воду, але не сіль (рисунок ліворуч від таблиці). Вода має тенденцію проходити через мембрану, переходячи від самого розведеного розчину до найбільш концентрованого (Центральна фігура таблиці), тобто в сенсі вирівнювання концентрацій. Ця тенденція підпорядковується другому принципу термодинаміки і це обумовлено наявністю різниці в тиску пари між двома розчинами. Рівновага досягається, коли концентрації по обидва боки мембрани вирівнюються, оскільки чистий потік води припиняється.
Він визначає осмотичний тиск як тенденція до розведення з розчину, відокремленого від чистого розчинника напівпроникною мембраною (центральна фігура таблиці). Розчинена речовина чинить осмотичний тиск, коли вона стикається з розчинником, лише коли вона не здатна пройти через мембрану, яка їх розділяє. Осмотичний тиск розчину дорівнює необхідний механічний тиск для запобігання попадання води при відділенні від розчинника напівпроникною мембраною (права фігура таблиці).
Для вимірювання осмотичного тиску, осмометр (Малюнок праворуч), який складається з контейнера, закритого знизу напівпроникною мембраною і з поршнем вгорі. Якщо ми введемо розчин в контейнер і зануримо його в дистильовану воду, вода проходить через напівпроникну мембрану і чинить тиск, здатний підняти поршень на певну висоту. Якщо піддавати поршень адекватному механічному тиску, це може запобігти проникненню води в розчин, і величина цього механічного тиску вимірює осмотичний тиск.
Закони, що регулюють значення осмотичного тиску для дуже розбавлених розчинів (таких, як ті, що використовуються в біології), є аналогічними газовим законам. Вони відомі по імені свого першовідкривача Якобус Х. Ван т'Хоф (фотографія зліва), Нобелівська премія з хімії 1901 р., і виражаються за такою формулою:
де стор являє собою осмотичний тиск, м - це моляльність розчину, Р. - універсальна газова постійна і Т - абсолютна температура.
Якщо порівняти осмотичний тиск двох розчинів, можна визначити три типи розчинів:
- ізотонічні розчини це ті, які демонструють той самий осмотичний тиск, що і еталонний розчин
- гіпотонічні розчини це ті, які мають нижчий осмотичний тиск, ніж еталонний розчин
- гіпертонічні розчини - це ті, які мають вищий осмотичний тиск, ніж еталонний розчин
Мембрана еритроцитів Її можна розглядати як напівпроникну мембрану, яка дозволяє пропускати воду, але не солі. В ізотонічному середовищі (рівного осмотичного тиску) еритроцит залишається незмінним (Виберіть Isotonic в анімації праворуч). Якщо введений еритроцит у дистильованій воді або гіпотонічному середовищі Вода буде проходити через мембрану в цитоплазму, збільшуючи об’єм клітини, розтягуючи мембрану, поки вона не зруйнується (у анімації праворуч виберіть Гіпотонік). Це явище відоме під назвою гемолізу. Якщо еритроцит стає ев гіпертонічному середовищі (при більш високому осмотичному тиску) вода виходить з еритроциту назовні, зменшуючи тим самим його об’єм, а мембрана втягується, надаючи мікроскопу зоряний вигляд (Виберіть гіпертонік в анімації праворуч).
Отже, це життєво важливо для клітини підтримувати осмотичний тиск інтерстиціального середовища постійним. Коли клітина знаходиться в середовищі, де осмолярність відрізняється від осмолярності її внутрішнього середовища, загрожуватиме як її функціонуванню, так і її власній цілісності. Щоб побачити анімацію ліворуч, натисніть кнопку "Оновити" в браузері.
