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그리스 문자 파이( π ) 로 표시되는 삼투압은 삼투를 멈추기 위해 용액에 가해야 하는 압력에 해당하는 용액의 집합적 특성입니다 . 후자는 더 희석된 용액(또는 순수한 용매 저장소)에서 더 농축된 용액으로 반투과성 막을 통해 용매가 통과하는 것으로 구성됩니다.
집합적 성질, 즉 용액을 구성하는 입자들의 집합적 효과에서 오는 것이지 그 성질에서 오는 것이 아니기 때문에 삼투압은 해당 용액의 조성에 대한 지식으로 계산할 수 있습니다. 즉, 용액이 무엇으로 구성되어 있고 모든 구성 요소가 얼마만큼 발견되는지 알면 삼투압을 계산할 수 있습니다.
다음 섹션에서는 서로 다른 상황에서 삼투압을 계산하는 세 가지 예를 제시합니다.
- 분자 용질이 있거나 전해질이 없는 용액.
- 전해질 용액에서.
- 여러 용질이 포함된 솔루션.
이러한 경우 삼투압 계산은 다음 방정식을 기반으로 합니다.
여기서 π 는 삼투압, R 은 보편적 기체 상수, T 는 켈빈 단위의 절대 온도, M 은 용액에 존재하는 모든 자유 용질 입자의 몰 농도입니다. 이 마지막 농도는 존재하는 용질 또는 용질의 유형에 따라 달라지며 기본적으로 모든 삼투 활성 입자, 즉 반투막을 통과할 수 없는 입자의 농도 합계로 구성됩니다.
중성 분자 용질, 즉 전해질이 아닌 경우 M은 단순히 몰농도입니다. 그러나 전해질의 경우 M은 해리를 통해 형성된 이온과 해리되지 않고 남아있는 분자의 농도의 합을 나타냅니다.
이온과 해리되지 않은 분자의 농도는 해리 정도에 따라 달라지고 이는 해리 상수와 용질의 초기 또는 분석 농도에 의해 결정되므로 삼투 활성 입자의 총 농도는 다음과 관련될 수 있습니다. 반트 호프 계수 i 로 알려진 계수를 곱하여 초기 농도를 계산합니다 . 이는 다음과 같습니다.
이 요소는 해당 용질의 유형에 따라 다양한 방식으로 결정될 수 있습니다.
- 완전히 해리되는 강한 전해질의 경우, 반트 호프 계수는 전하와 상관없이 해리되는 총 이온 수와 같습니다.
- 약한 전해질의 경우 이 계수는 해리 상수에서 결정할 수 있지만 다른 온도에서 다른 용질에 대해 표로 작성되므로 더 실용적입니다.
- 비전해질 용질이나 분자 용질의 경우 계수는 단순히 1입니다.
전해질의 몰농도 또는 분석 농도를 이 계수로 곱하면 용액에 존재하는 삼투 활성 입자의 실제 농도가 되므로 삼투압은 다음과 같이 유지됩니다.
삼투압을 계산하는 단계
모든 용액의 삼투압 계산은 다음 단계로 요약할 수 있습니다.
- 1단계: 명령문에서 데이터를 추출하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.
- 2단계: 용질의 종류와 계수 또는 반트호프 인자 값을 결정합니다.
- 3단계: 용질의 초기 몰 농도 또는 몰 농도를 계산합니다.
- 4단계: 공식을 사용하여 삼투압을 계산합니다.
다음으로 위에서 언급한 세 가지 상황에서 삼투압을 계산하기 위해 이러한 단계를 따르는 방법을 보여줍니다.
사례 1: 비전해질 용액의 삼투압 계산
성명
150.0 mL 용액을 만들기에 충분한 물에 용해된 30.0 g의 포도당(C 6 H 12 O 6 ) 을 포함하는 용액의 25.0 °C에서 삼투압을 결정하십시오 .
1단계: 명령문에서 데이터를 추출하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.
이때 온도, 용질의 질량, 용액의 부피가 주어진다. 온도는 켈빈으로, 부피는 리터로 변환해야 합니다(몰 농도가 계산되기 때문에).
또한 이미 몰수가 없는 한 용질의 몰 질량이 항상 필요합니다.
2단계: 용질의 종류와 계수 또는 반트호프 인자 값을 결정합니다.
포도당은 중성 분자 화합물로 비전해질(용액에서 해리되지 않음)임을 의미합니다. 이러한 이유로 van’t Hoff 인자는 1과 같습니다.
3단계: 용질의 초기 몰 농도 또는 몰 농도를 계산합니다.
용질의 질량, 용액의 부피, 용질의 몰 질량이 있으므로 몰농도 공식만 적용하면 됩니다.
4단계: 공식을 사용하여 삼투압을 계산합니다.
이제 삼투압을 계산하는 데 필요한 모든 것이 있습니다. 압력을 계산하려는 단위에 따라 이상 기체 상수의 다른 값을 사용할 수 있습니다. 화학 및 생물학에서 수행되는 대부분의 계산을 위해 이 압력은 대기압으로 계산되므로 이상 기체 상수가 이러한 단위, 즉 0.08206 atm.L/ mol.K로 사용됩니다.
사례 2: 전해질 용액의 삼투압 계산
성명
용액 100.0 mL당 염화나트륨(NaCl) 0.900 g을 포함하는 용액의 37.0 °C에서 삼투압을 결정하십시오.
1단계: 명령문에서 데이터를 추출하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.
이 경우 온도, 용질의 질량, 용액의 부피가 다시 주어진다. 다시 온도를 켈빈으로 변환해야 하고 용질의 부피와 몰 질량을 리터로 계산해야 합니다.
2단계: 용질의 종류와 계수 또는 반트호프 인자 값을 결정합니다.
염화나트륨은 수용액에서 완전히 해리되는 강한 전해질입니다. 해리 반응은 다음과 같습니다.
알 수 있는 바와 같이, NaCl의 각 공식 단위는 두 개의 이온, 즉 나트륨 양이온과 염화물 음이온을 생성하고 해리되지 않은 NaCl 단위는 남지 않습니다. 따라서 이 용질에 대해 van’t Hoff 계수 또는 인자의 값은 2입니다.
3단계: 용질의 초기 몰 농도 또는 몰 농도를 계산합니다.
앞의 경우와 마찬가지로 용질의 질량, 용액의 부피 및 용질의 몰 질량이 있으므로 몰농도는 다음과 같이 주어집니다.
4단계: 공식을 사용하여 삼투압을 계산합니다.
이 단계는 이전과 동일한 방식으로 수행됩니다. 다시 대기 중의 삼투압을 계산합니다.
사례 3: 여러 용질이 포함된 용액의 삼투압 계산
성명
다음 조성을 갖는 젖산 링거액의 평균 체온 37°C에서 삼투압을 구하라.
102.7mM 염화나트륨
27.8mM 젖산나트륨(NaC 3 H 5 O 3 )
5.4mM 염화칼륨
1.8mM 염화칼슘 이수화물.
위에서 인용한 젖산링거액과 같은 혈청은 특정한 삼투압을 가지고 준비되어야 하므로 이것은 삼투압을 계산하는 중요한 예이다. 어떤 것은 혈청과 같은 삼투압을 갖도록 설정하고, 어떤 것은 환자의 상태에 따라 더 높거나 더 낮은 삼투압을 갖도록 설정됩니다.
1단계: 명령문에서 데이터를 추출하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.
이 경우에는 네 가지 용질이 있는 솔루션이 있습니다. 용질의 농도는 직접 제공되지만 mM(밀리몰) 단위이므로 몰 농도로 변환해야 합니다. 켈빈으로 변환해야 하는 온도도 제공됩니다. 첫 번째 변환은 1000으로 나누어 수행됩니다.
2단계: 용질의 종류와 계수 또는 반트호프 인자 값을 결정합니다.
염화나트륨, 젖산나트륨 및 염화칼륨은 각각 2개의 이온으로 해리되는 강한 전해질이므로 이들의 반트 호프 계수는 2입니다.
염화칼슘의 경우 해리 반응은 다음과 같습니다.
완전히 해리되면 총 3개의 이온이 생성되어 van’t Hoff factor는 3이 됩니다. 7.
3단계: 용질의 초기 몰 농도 또는 몰 농도를 계산합니다.
명령문이 필요한 모든 집중을 제공했기 때문에 이 단계는 이 문제에 필요하지 않습니다.
4단계: 공식을 사용하여 삼투압을 계산합니다.
용질이 여러 개 있을 때 총 삼투압은 각 용질의 기여도의 합에 해당합니다. 이는 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
여기서 합계는 전해질이든 비전해질이든 관계없이 존재하는 모든 용질에 대한 것입니다. 이 합계의 결과는 일반적으로 용액의 삼투압 농도, 즉 모든 삼투 활성 입자의 총 농도로 알려진 것입니다.
우리는 이미 필요한 모든 데이터를 가지고 있기 때문에 모든 것은 삼투압을 계산하기 위해 다음 공식을 적용하는 문제입니다.
참조
브라운, T. (2021). 화학: 중앙 과학 (11판). 영국 런던: Pearson Education.
Castro, S. (2019년 2월 22일). 삼투압 공식 및 풀이 연습. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html 에서 가져옴
장, 알., 만조, 아. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). 화학 (10판). 뉴욕주 뉴욕시: MCGRAW-HILL.
무르시아 지역의 건강 교육 및 연구를 위한 재단. (일차). 2.- 삼투압과 삼투압의 기본 원리. 혈장 삼투압(OSMP) 계산. http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html 에서 가져옴
어린. (일차). 전해질: van’t Hoff Factor | 프로토콜(스페인어로 번역됨). https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=Spanish 에서 가져옴
Tabazz, U. (2012년 9월 20일). 전기화학. https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482 에서 가져옴
