Hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

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


Osmotiskt tryck , representerat av den grekiska bokstaven pi ( π ), är en kolligativ egenskap hos lösningar som motsvarar det tryck som måste appliceras på en lösning för att stoppa osmos . Den senare består av passage av lösningsmedel genom ett semipermeabelt membran från en mer utspädd lösning (eller från en behållare med rent lösningsmedel) till en mer koncentrerad lösning.

Eftersom det är en kolligativ egenskap, det vill säga den kommer från den kollektiva effekten av partiklarna som utgör en lösning och inte från deras natur, kan det osmotiska trycket beräknas utifrån kunskap om lösningens sammansättning. Med andra ord, om vi vet vad en lösning är gjord av och i vilka mängder alla komponenter finns, då kan vi beräkna det osmotiska trycket.

I följande avsnitt presenteras tre exempel på beräkning av osmotiskt tryck i olika situationer:

  • I lösningar med ett molekylärt löst ämne eller ingen elektrolyt.
  • I elektrolytlösningar.
  • I lösningar med flera lösta ämnen.

I något av dessa fall baseras beräkningen av det osmotiska trycket på användningen av följande ekvation:

Hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

där π är det osmotiska trycket, R är den universella gaskonstanten, T är den absoluta temperaturen i Kelvin och M är den molära koncentrationen av alla fria lösta partiklar som finns i lösningen. Denna sista koncentration beror på typen av löst ämne eller lösta ämnen som är närvarande, och består i princip av summan av koncentrationerna av alla osmotiskt aktiva partiklar, det vill säga de som inte kan passera ett semipermeabelt membran.

I fallet med neutrala molekylära lösta ämnen, det vill säga de som inte är elektrolyter, är M helt enkelt molariteten. Men i fallet med elektrolyter representerar M summan av koncentrationerna av joner som bildas genom dissociation och av de molekyler som förblir odissocierade.

Eftersom koncentrationen av jonerna och av de odissocierade molekylerna beror på graden av dissociation, och denna bestäms av dissociationskonstanten och av den initiala eller analytiska koncentrationen av det lösta ämnet, kan den totala koncentrationen av osmotiskt aktiva partiklar relateras till initial koncentration genom att multiplicera med en faktor känd som van’t Hoff-faktorn, i,  som ges av:

Hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Denna faktor kan bestämmas på olika sätt beroende på vilken typ av löst ämne det gäller:

  • För starka elektrolyter, de som dissocierar helt, är van’t Hoff-faktorn lika med det totala antalet joner som dissocierar till, oavsett deras elektriska laddningar.
  • För svaga elektrolyter kan denna faktor bestämmas från dissociationskonstanten, men den är också tabellerad för olika lösta ämnen vid olika temperaturer, vilket är mer praktiskt.
  • När det gäller icke-elektrolytlösa ämnen eller molekylära lösta ämnen är faktorn helt enkelt 1.

Multiplicering av elektrolytens molaritet eller analytiska koncentration med denna faktor resulterar i den faktiska koncentrationen av osmotiskt aktiva partiklar som finns i lösningen, så det osmotiska trycket kvarstår:

Hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg för att beräkna osmotiskt tryck

Beräkningen av det osmotiska trycket för vilken lösning som helst kan sammanfattas i följande steg:

  • Steg 1: Extrahera data från uttalandet och utför nödvändiga enhetstransformationer.
  • Steg 2: Bestäm typen av löst ämne eller lösta ämnen och värdet på koefficienten eller van’t Hoff-faktorn.
  • Steg 3: Beräkna den initiala molariteten eller molarkoncentrationen för det lösta ämnet.
  • Steg 4: Använd formeln för att beräkna det osmotiska trycket.

Därefter visas hur man följer dessa steg för att beräkna det osmotiska trycket i de tre ovan nämnda situationerna.

Fall 1: Beräkning av det osmotiska trycket för en icke-elektrolytlösning

påstående

Bestäm det osmotiska trycket vid 25,0 °C för en lösning som innehåller 30,0 g glukos (C 6 H 12 O 6 ) löst i tillräckligt med vatten för att göra 150,0 mL lösning.

Steg #1: Extrahera data från uttalandet och utför nödvändiga enhetstransformationer.

I detta fall anges temperaturen, massan av det lösta ämnet och volymen av lösningen. Temperaturen måste omvandlas till Kelvin och volymen till liter (eftersom molariteten kommer att beräknas).

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Dessutom, om vi inte redan har dess antal mol, behöver vi alltid molmassan av det lösta ämnet:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg 2: Bestäm typen av löst ämne eller lösta ämnen och värdet på koefficienten eller van’t Hoff-faktorn.

Glukos är en neutral molekylär förening, vilket betyder att det är en icke-elektrolyt (dissocierar inte i lösning). Av denna anledning är dess van’t Hoff-faktor lika med 1.

Steg 3: Beräkna den initiala molariteten eller molarkoncentrationen för det lösta ämnet.

Eftersom vi har det lösta ämnets massa, lösningens volym och det lösta ämnets molmassa behöver vi bara tillämpa molaritetsformeln:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg #4: Använd formeln för att beräkna det osmotiska trycket.

Vi har nu allt vi behöver för att beräkna det osmotiska trycket. Beroende på i vilka enheter vi vill beräkna trycket kan vi använda olika värden på den ideala gaskonstanten. För de flesta beräkningar som utförs inom kemi och biologi, beräknas detta tryck i atmosfärer, så den ideala gaskonstanten används i dessa enheter, det vill säga 0,08206 atm.L/ mol.K:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Fall 2: Beräkning av det osmotiska trycket för en elektrolytlösning

påstående

Bestäm det osmotiska trycket vid 37,0 °C för en lösning som innehåller 0,900 g natriumklorid (NaCl) per 100,0 ml lösning.

Steg 1: Extrahera data från uttalandet och utför nödvändiga enhetstransformationer.

I detta fall anges återigen temperaturen, massan av det lösta ämnet och volymen av lösningen. Återigen måste temperaturen omvandlas till Kelvin och volymen till liter och molmassan av det lösta ämnet måste beräknas:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg 2: Bestäm typen av löst ämne eller lösta ämnen och värdet på koefficienten eller van’t Hoff-faktorn.

Natriumklorid är en stark elektrolyt som helt dissocierar i vattenlösning. Dissociationsreaktionen är:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Som kan ses ger varje formelenhet av NaCl upphov till två joner, en natriumkatjon och en kloridanjon, och ingen odissocierad NaCl-enhet finns kvar. Därför, för detta lösta ämne, har van’t Hoff-koefficienten eller faktorn värdet 2.

Steg #3: Beräkna den initiala molariteten eller molarkoncentrationen för det lösta ämnet/de lösta ämnena.

Som i föregående fall har vi massan av det lösta ämnet, lösningens volym och det lösta ämnets molära massa, så molariteten ges av:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg #4: Använd formeln för att beräkna det osmotiska trycket.

Detta steg utförs på samma sätt som tidigare. Återigen kommer vi att beräkna det osmotiska trycket i atmosfärer:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Fall 3: Beräkning av det osmotiska trycket för en lösning med flera lösta ämnen

påstående

Bestäm det osmotiska trycket vid den genomsnittliga kroppstemperaturen på 37°C för en lakterad Ringers lösning med följande sammansättning:

102,7 mM natriumklorid

27,8 mM natriumlaktat ( NaC3H5O3 ) _

5,4 mM kaliumklorid

1,8 mM kalciumkloriddihydrat.

Detta är ett viktigt exempel på beräkning av osmotiskt tryck, eftersom sera såsom den lakterade Ringers lösning som citeras ovan måste framställas med ett specifikt osmotiskt tryck. Vissa är inställda på att ha samma osmotiska tryck som blodserumet, medan andra är inställda på att ha ett högre eller lägre osmotiskt tryck, beroende på patientens tillstånd.

Steg 1: Extrahera data från uttalandet och utför nödvändiga enhetstransformationer.

I det här fallet har vi en lösning med fyra olika lösta ämnen. Koncentrationerna av de lösta ämnena tillhandahålls direkt, men i enheter av mM (millimolar) så de måste omvandlas till molaritet. Temperaturen tillhandahålls också, som måste omvandlas till Kelvin. Den första omvandlingen utförs genom att dividera med 1000.

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Steg 2: Bestäm typen av löst ämne eller lösta ämnen och värdet på koefficienten eller van’t Hoff-faktorn.

Natriumklorid, natriumlaktat och kaliumklorid är starka elektrolyter som dissocierar för att bilda 2 joner vardera, så deras van’t Hoff-koefficienter är lika med 2.

När det gäller kalciumklorid är dissociationsreaktionen:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Om det dissocierar helt, skulle 3 joner totalt produceras, vilket ger en van’t Hoff-faktor på 3. Det har dock bestämts experimentellt att detta lösta ämne inte dissocierar helt, och att det har en faktor på något mindre än 2, 7.

Steg 3: Beräkna den initiala molariteten eller molarkoncentrationen för det lösta ämnet.

Detta steg är inte nödvändigt för detta problem eftersom uttalandet gav alla nödvändiga koncentrationer.

Steg 4: Använd formeln för att beräkna det osmotiska trycket.

När det finns flera lösta ämnen, motsvarar det totala osmotiska trycket helt enkelt summan av bidragen från var och en av dem. Detta kan sammanfattas på följande sätt:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

där summan är över alla närvarande lösta ämnen, oavsett om det är elektrolyt eller icke-elektrolyt. Resultatet av denna summering är vad som allmänt kallas lösningens osmolaritet, det vill säga den totala koncentrationen av alla osmotiskt aktiva partiklar.

Eftersom vi redan har alla nödvändiga data, är allt en fråga om att tillämpa denna formel för att beräkna det osmotiska trycket:

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Exempel på hur man beräknar det osmotiska trycket för en lösning

Referenser

Brown, T. (2021). Kemi: The Central Science (11:e upplagan). London, England: Pearson Education.

Castro, S. (2019, 22 februari). Osmotiskt tryck Formel och lösta övningar. Hämtad från https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemistry (10:e upplagan). New York, NY: MCGRAW-HILL.

Stiftelsen för hälsoutbildning och forskning i regionen Murcia. (nd). 2.-Grundläggande principer för osmos och osmotiskt tryck. Beräkning av plasmatisk osmolalitet (OSMP). Hämtad från http://www.ffis.es/volviendoalobasico/2principios_bsicos_de_la_smosis_y_la_presin_onctica_clculo_de_la_osmolalidad_plasmtica_osmp.html

Ung. (nd). Elektrolyter: van’t Hoff Factor | Protokoll (översatt till spanska). Hämtad från https://www.jove.com/science-education/11371/electrolitos-factor-de-van-t-hoff?language=Spanish

Tabazz, U. (2012, 20 september). Elektrokemi. Hämtad från https://www.slideshare.net/utabazz/electroquimica-14366482

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet