溶液の浸透圧を計算する方法

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ギリシャ文字の pi ( π )で表される浸透圧は、浸透を止めるために溶液に加えなければならない圧力に対応する、溶液の結合特性です。後者は、より希薄な溶液(または純粋な溶媒のリザーバー)からより濃縮された溶液への、半透膜を通る溶媒の通過からなる。

集合的特性、つまり、溶液を構成する粒子の集合的効果に由来するものであり、それらの性質に由来するものではないため、浸透圧は、前記溶液の組成の知識から計算できます。つまり、溶液が何でできていて、すべての成分がどのような量で見つかったかがわかれば、浸透圧を計算できます。

次のセクションでは、さまざまな状況で浸透圧を計算する 3 つの例を示します。

  • 分子溶質または電解質を含まない溶液中。
  • 電解液中。
  • いくつかの溶質を含む溶液。

これらの場合のいずれにおいても、浸透圧の計算は次の式の使用に基づいています。

溶液の浸透圧を計算する方法

ここで、πは浸透圧、Rは普遍気体定数、Tはケルビン単位の絶対温度、Mは溶液中に存在するすべての自由溶質粒子のモル濃度です。この最後の濃度は、存在する溶質または溶質の種類に依存し、基本的にはすべての浸透活性粒子、つまり半透膜を通過できない粒子の濃度の合計で構成されます。

中性分子溶質、つまり電解質でない分子の場合、M は単にモル濃度です。ただし、電解質の場合、M は、解離によって形成されたイオンの濃度と、解離されずに残っている分子の濃度の合計を表します。

イオンと解離していない分子の濃度は解離の程度に依存し、これは解離定数と溶質の初期濃度または分析濃度によって決まるため、浸透活性粒子の総濃度はファントホッフ係数iとして知られる係数を乗じて初期濃度を計算します 

溶液の浸透圧を計算する方法

この係数は、問題の溶質の種類に応じてさまざまな方法で決定できます。

  • 完全に解離する強力な電解質の場合、バントホッフ係数は、電荷に関係なく、解離するイオンの総数に等しくなります。
  • 弱電解質の場合、この係数は解離定数から決定できますが、さまざまな温度でのさまざまな溶質についても集計されているため、より実用的です。
  • 非電解質溶質または分子溶質の場合、係数は単純に 1 です。

電解質のモル濃度または分析濃度にこの係数を掛けると、溶液中に存在する浸透活性粒子の実際の濃度が得られるため、浸透圧はそのままです。

溶液の浸透圧を計算する方法

浸透圧の計算手順

任意のソリューションの浸透圧の計算は、次の手順で要約できます。

  • ステップ 1:ステートメントからデータを抽出し、必要な単位変換を実行します。
  • ステップ 2: 1 つまたは複数の溶質の種類と、係数またはバントホッフ係数の値を決定します。
  • ステップ 3:溶質の初期モル濃度またはモル濃度を計算します。
  • ステップ 4:式を使用して浸透圧を計算します。

次に、上記の 3 つの状況で浸透圧を計算するためにこれらの手順に従う方法を示します。

ケース 1: 無電解液の浸透圧の計算

声明

150.0 mL の溶液を作るのに十分な量の水に溶解した30.0 g のグルコース (C 6 H 12 O 6 )を含む溶液の 25.0 °C での浸透圧を決定します。

ステップ #1: ステートメントからデータを抽出し、必要な単位変換を実行します。

この場合、温度、溶質の質量、および溶液の体積が与えられます。温度はケルビンに、体積はリットルに変換する必要があります (モル濃度が計算されるため)。

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

また、モル数が既にわかっていない限り、常に溶質のモル質量が必要です。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ステップ 2: 1 つまたは複数の溶質の種類と、係数またはバントホッフ係数の値を決定します。

グルコースは中性の分子化合物であり、非電解質であることを意味します (溶液中で解離しません)。このため、そのファントホッフ係数は 1 に等しくなります。

ステップ 3: 溶質の初期モル濃度またはモル濃度を計算します。

溶質の質量、溶液の体積、および溶質のモル質量があるため、モル濃度の式を適用するだけで済みます。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ステップ #4: 式を使用して浸透圧を計算します。

これで、浸透圧を計算するために必要なものがすべて揃いました。圧力を計算する単位に応じて、理想気体定数のさまざまな値を使用できます。化学と生物学で行われるほとんどの計算では、この圧力は大気圧で計算されるため、これらの単位で理想気体定数、つまり 0.08206 atm.L/ mol.K が使用されます。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ケース 2: 電解質溶液の浸透圧の計算

声明

溶液 100.0 mL あたり 0.900 g の塩化ナトリウム (NaCl) を含む溶液の 37.0 ° C での浸透圧を決定します。

ステップ 1: ステートメントからデータを抽出し、必要な単位変換を実行します。

この場合、温度、溶質の質量、および溶液の体積が再び与えられます。ここでも、温度をケルビンに変換し、体積をリットルに変換し、溶質のモル質量を計算する必要があります。

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

ステップ 2: 1 つまたは複数の溶質の種類と、係数またはバントホッフ係数の値を決定します。

塩化ナトリウムは、水溶液中で完全に解離する強力な電解質です。解離反応は次のとおりです。

溶液の浸透圧の計算方法の例

図からわかるように、NaCl の各式単位は 2 つのイオン、ナトリウム陽イオンと塩化物陰イオンを生成し、解離していない NaCl 単位は残りません。したがって、この溶質のファント ホッフ係数または係数の値は 2 です。

ステップ #3: 溶質の初期モル濃度またはモル濃度を計算します。

前の場合と同様に、溶質の質量、溶液の体積、および溶質のモル質量があるため、モル濃度は次の式で与えられます。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ステップ #4: 式を使用して浸透圧を計算します。

この手順は、前と同じ方法で実行されます。ここでも、大気中の浸透圧を計算します。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ケース 3: 複数の溶質を含む溶液の浸透圧の計算

声明

次の組成を持つ乳酸リンゲル液の 37 ° C の平均体温での浸透圧を決定します。

102.7 mM 塩化ナトリウム

27.8 mM 乳酸ナトリウム (NaC 3 H 5 O 3 )

5.4 mM 塩化カリウム

1.8 mM 塩化カルシウム二水和物。

上記の乳酸リンゲル液などの血清は特定の浸透圧で調製する必要があるため、これは浸透圧を計算する重要な例です。患者の状態に応じて、血清と同じ浸透圧に設定されているものもあれば、より高いまたは低い浸透圧に設定されているものもあります。

ステップ 1: ステートメントからデータを抽出し、必要な単位変換を実行します。

この場合、4 つの異なる溶質を含むソリューションがあります。溶質の濃度は直接提供されますが、単位は mM (ミリモル) であるため、モル濃度に変換する必要があります。ケルビンに変換する必要がある温度も提供されます。最初の変換は、1000 で割ることによって実行されます。

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

ステップ 2: 1 つまたは複数の溶質の種類と、係数またはバントホッフ係数の値を決定します。

塩化ナトリウム、乳酸ナトリウム、および塩化カリウムは、解離してそれぞれ 2 つのイオンを形成する強力な電解質であるため、それらのバントホッフ係数は 2 に等しくなります。

塩化カルシウムの場合、解離反応は次のとおりです。

溶液の浸透圧の計算方法の例

完全に解離すると、合計で 3 つのイオンが生成され、ファント ホッフ ファクターは 3 になります。しかし、この溶質は完全には解離せず、2 弱のファクターを持つことが実験的に決定されています。 7。

ステップ 3: 溶質の初期モル濃度またはモル濃度を計算します。

ステートメントが必要なすべての濃度を提供したため、この手順はこの問題には必要ありません。

ステップ 4: 式を使用して浸透圧を計算します。

いくつかの溶質がある場合、総浸透圧は単純にそれぞれの寄与の合計に対応します。これは次のように要約できます。

溶液の浸透圧の計算方法の例

ここで、合計は、電解質か非電解質かにかかわらず、存在するすべての溶質を超えています。この合計の結果は、溶液の浸透圧として一般に知られているもの、つまり、すべての浸透活性粒子の合計濃度です。

必要なデータはすべて揃っているので、次の式を適用して浸透圧を計算するだけです。

溶液の浸透圧の計算方法の例

溶液の浸透圧の計算方法の例

参考文献

ブラウン、T. (2021)。化学: 中央科学(第 11 版)。ロンドン、イギリス: ピアソン教育。

Castro, S. (2019 年 2 月 22 日)。浸透圧フォーミュラと解決済みの演習。https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.htmlから取得

Chang、R.、Manzo、Á。R.、ロペス、PS、およびヘランツ、ZR (2020)。化学(第10版)。ニューヨーク州ニューヨーク市: MCGRAW-HILL。

ムルシア地域の健康トレーニングと研究のための財団。(nd)。2.-浸透と浸透圧の基本原理。血漿浸透圧 (OSMP) の計算。http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.htmlから取得

若い。(nd)。電解質: van’t Hoff Factor | 議定書(スペイン語に翻訳)。https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=スペイン語から取得

Tabazz、U. (2012 年 9 月 20 日)。電気化学。https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482から取得

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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