Cum se calculează presiunea osmotică a unei soluții

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Presiunea osmotică , reprezentată de litera greacă pi ( π ), este o proprietate coligativă a soluțiilor care corespunde presiunii care trebuie aplicată unei soluții pentru a opri osmoza . Acesta din urmă constă în trecerea solventului printr-o membrană semipermeabilă dintr-o soluție mai diluată (sau dintr-un rezervor de solvent pur) la una mai concentrată.

Fiind o proprietate coligativă, adică provine din efectul colectiv al particulelor care alcătuiesc o soluție și nu din natura lor, presiunea osmotică poate fi calculată din cunoașterea compoziției respectivei soluții. Cu alte cuvinte, dacă știm din ce este alcătuită o soluție și în ce cantități se găsesc toate componentele, atunci putem calcula presiunea osmotică.

În secțiunea următoare, sunt prezentate trei exemple de calculare a presiunii osmotice în diferite situații:

  • În soluții cu un dizolvat molecular sau fără electrolit.
  • În soluții de electroliți.
  • În soluții cu mai multe substanțe dizolvate.

În oricare dintre aceste cazuri, calculul presiunii osmotice se bazează pe utilizarea următoarei ecuații:

Cum se calculează presiunea osmotică a unei soluții

unde π este presiunea osmotică, R este constanta universală a gazului, T este temperatura absolută în Kelvin și M este concentrația molară a tuturor particulelor de solut liber prezente în soluție. Această ultimă concentrație depinde de tipul de substanță sau substanțe dizolvate prezente și constă practic din suma concentrațiilor tuturor particulelor active osmotic, adică a celor care nu pot traversa o membrană semipermeabilă.

În cazul substanțelor dizolvate moleculare neutre, adică a celor care nu sunt electroliți, M este pur și simplu molaritatea. Totuși, în cazul electroliților, M reprezintă suma concentrațiilor ionilor care se formează prin disociere și a moleculelor care rămân nedisociate.

Deoarece concentrația ionilor și a moleculelor nedisociate depinde de gradul de disociere, iar acesta este determinat de constanta de disociere și de concentrația inițială sau analitică a solutului, atunci concentrația totală de particule active osmotic poate fi raportată la concentrația inițială prin înmulțirea cu un factor cunoscut sub numele de factor van’t Hoff, i,  care este dat de:

Cum se calculează presiunea osmotică a unei soluții

Acest factor poate fi determinat în diferite moduri, în funcție de tipul de substanță dizolvată în cauză:

  • Pentru electroliții puternici, cei care se disociază complet, factorul van’t Hoff este egal cu numărul total de ioni în care se disociază, indiferent de sarcina lor electrică.
  • Pentru electroliții slabi, acest factor poate fi determinat din constanta de disociere, dar este și tabelat pentru diferite substanțe dizolvate la diferite temperaturi, ceea ce este mai practic.
  • În cazul substanțelor dizolvate non-electrolitice sau ale substanțelor dizolvate moleculare, factorul este pur și simplu 1.

Înmulțirea molarității sau concentrației analitice a electrolitului cu acest factor are ca rezultat concentrația reală a particulelor active osmotic prezente în soluție, astfel încât presiunea osmotică rămâne:

Cum se calculează presiunea osmotică a unei soluții

Pași pentru a calcula presiunea osmotică

Calculul presiunii osmotice a oricărei soluții poate fi rezumat în următorii pași:

  • Pasul 1: Extrageți datele din declarație și efectuați transformările necesare de unitate.
  • Pasul 2: Determinați tipul de solut sau substanțe dizolvate și valoarea coeficientului sau a factorului van’t Hoff.
  • Pasul 3: Calculați molaritatea inițială sau concentrația molară a substanței dizolvate.
  • Pasul 4: Folosiți formula pentru a calcula presiunea osmotică.

În continuare, se arată cum să urmați acești pași pentru a calcula presiunea osmotică în cele trei situații menționate mai sus.

Cazul 1: Calculul presiunii osmotice a unei soluții neelectrolitice

afirmație

Se determină presiunea osmotică la 25,0 °C a unei soluții care conține 30,0 g de glucoză (C 6 H 12 O 6 ) dizolvată în suficientă apă pentru a face 150,0 mL de soluție.

Pasul #1: Extrageți datele din declarație și efectuați transformările necesare de unitate.

În acest caz, sunt date temperatura, masa substanței dizolvate și volumul soluției. Temperatura trebuie transformată în Kelvin și volumul în litri (deoarece se va calcula molaritatea).

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

De asemenea, dacă nu avem deja numărul său de moli, avem întotdeauna nevoie de masa molară a substanței dizolvate:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Pasul 2: Determinați tipul de solut sau substanțe dizolvate și valoarea coeficientului sau a factorului van’t Hoff.

Glucoza este un compus molecular neutru, ceea ce înseamnă că este un non-electrolit (nu se disociază în soluție). Din acest motiv, factorul său van’t Hoff este egal cu 1.

Pasul 3: Calculați molaritatea inițială sau concentrația molară a substanței dizolvate.

Deoarece avem masa substanței dizolvate, volumul soluției și masa molară a substanței dizolvate, trebuie doar să aplicăm formula molarității:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Pasul #4: Folosiți formula pentru a calcula presiunea osmotică.

Acum avem tot ce ne trebuie pentru a calcula presiunea osmotică. În funcție de unitățile în care dorim să calculăm presiunea, putem folosi diferite valori ale constantei gazului ideal. În scopul majorității calculelor efectuate în chimie și biologie, această presiune este calculată în atmosfere, astfel încât constanta gazului ideal este utilizată în aceste unități, adică 0,08206 atm.L/ mol.K:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Cazul 2: Calculul presiunii osmotice a unei soluții de electrolit

afirmație

Se determină presiunea osmotică la 37,0 °C a unei soluții care conține 0,900 g de clorură de sodiu (NaCl) la 100,0 ml de soluție.

Pasul 1: Extrageți datele din declarație și efectuați transformările necesare de unitate.

În acest caz, sunt date din nou temperatura, masa substanței dizolvate și volumul soluției. Din nou, temperatura trebuie transformată în Kelvin, iar volumul în litri și masa molară a substanței dizolvate trebuie calculate:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Pasul 2: Determinați tipul de solut sau substanțe dizolvate și valoarea coeficientului sau a factorului van’t Hoff.

Clorura de sodiu este un electrolit puternic care se disociază complet în soluție apoasă. Reacția de disociere este:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

După cum se poate observa, fiecare unitate de formulă de NaCl dă naștere la doi ioni, un cation de sodiu și un anion corură și nu rămâne nicio unitate de NaCI nedisociată. Prin urmare, pentru acest dizolvat, coeficientul sau factorul van’t Hoff are o valoare de 2.

Pasul #3: Calculați molaritatea inițială sau concentrația molară a substanței dizolvate.

Ca și în cazul precedent, avem masa substanței dizolvate, volumul soluției și masa molară a substanței dizolvate, deci molaritatea este dată de:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Pasul #4: Folosiți formula pentru a calcula presiunea osmotică.

Acest pas este efectuat în același mod ca înainte. Din nou, vom calcula presiunea osmotică în atmosfere:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Cazul 3: Calculul presiunii osmotice a unei soluții cu mai multe substanțe dizolvate

afirmație

Determinați presiunea osmotică la temperatura medie a corpului de 37°C a unei soluții Ringer lactate având următoarea compoziție:

102,7 mM clorură de sodiu

27,8 mM lactat de sodiu ( NaC3H5O3 )

5,4 mM clorură de potasiu

1,8 mM clorură de calciu dihidrat.

Acesta este un exemplu important de calculare a presiunii osmotice, deoarece serurile, cum ar fi soluția Ringer lactată menționată mai sus, trebuie preparate cu o anumită presiune osmotică. Unele sunt setate să aibă aceeași presiune osmotică ca și serul sanguin, în timp ce altele sunt setate să aibă o presiune osmotică mai mare sau mai mică, în funcție de condițiile pacientului.

Pasul 1: Extrageți datele din declarație și efectuați transformările necesare de unitate.

În acest caz, avem o soluție cu patru substanțe dizolvate diferite. Concentrațiile substanțelor dizolvate sunt furnizate direct, dar în unități de mM (milimolar) deci trebuie transformate în molaritate. Este furnizată și temperatura, care trebuie transformată în Kelvin. Prima transformare se realizează prin împărțirea la 1000.

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Pasul 2: Determinați tipul de solut sau substanțe dizolvate și valoarea coeficientului sau a factorului van’t Hoff.

Clorura de sodiu, lactatul de sodiu și clorura de potasiu sunt electroliți puternici care se disociază pentru a forma 2 ioni fiecare, astfel încât coeficienții lor van’t Hoff sunt egali cu 2.

În cazul clorurii de calciu, reacția de disociere este:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Dacă se disociază complet, s-ar produce 3 ioni în total, dând un factor van’t Hoff de 3. Cu toate acestea, s-a determinat experimental că acest dizolvat nu se disociază complet și că are un factor puțin mai mic de 2, 7. .

Pasul 3: Calculați molaritatea inițială sau concentrația molară a substanței dizolvate.

Acest pas nu este necesar pentru această problemă, deoarece declarația a furnizat toate concentrațiile necesare.

Pasul 4: Folosiți formula pentru a calcula presiunea osmotică.

Când există mai multe substanțe dizolvate, presiunea osmotică totală corespunde pur și simplu sumei contribuțiilor fiecăruia dintre ele. Aceasta poate fi rezumată după cum urmează:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

unde suma este peste toate substanțele dizolvate prezente, fie electroliți sau neelectroliți. Rezultatul acestei însumări este ceea ce este cunoscut în mod obișnuit ca osmolaritatea soluției, adică concentrația totală a tuturor particulelor active osmotic.

Deoarece avem deja toate datele necesare, totul este o chestiune de aplicare a acestei formule pentru a calcula presiunea osmotică:

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Exemplu de calcul al presiunii osmotice a unei soluții

Referințe

Brown, T. (2021). Chimie: Știința Centrală (ed. a 11-a). Londra, Anglia: Pearson Education.

Castro, S. (22 februarie 2019). Presiunea osmotică Formula și exerciții rezolvate. Preluat de la https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS și Herranz, ZR (2020). Chimie (ed. a 10-a). New York, NY: MCGRAW-HILL.

Fundația pentru Formare și Cercetare în Sănătate a Regiunii Murcia. (nd). 2.-Principii de bază ale osmozei și presiunii osmotice. Calculul osmolalității plasmatice (OSMP). Preluat de pe http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html

Tineri. (nd). Electroliți: factorul van’t Hoff | Protocol (Tradus în spaniolă). Preluat de la https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=Spanish

Tabazz, U. (20 septembrie 2012). Electrochimie. Preluat de la https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482

-Publicitate-

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

Artículos relacionados