Osmoza si presiunea osmotica a solutiilor. Echilibrul solutie-solvent

Osmoza si presiunea osmotica a solutiilor. Echilibrul solutie-solvent

Echilibrul dintre solutie si solventul lichid sau intre doua solutii ale aceluiasi solvent cu concentratii diferite poate fi cercetat numai daca acestea se separa printr-o membrana semipermeabila, adica o membrana care sa permita trecerea moleculelor solventului si sa impiedice trecerea moleculelor solvatului.

Osmoza a fost descoperita de Nollet (1748) si reprezinta trecerea spontana a solventului in solutie sau dinspre o solutie diluata spre una mai concentrata atunci cand cele doua lichide sunt separate printr-o membrana semipermeabila.

Presiunea suplimentara care trebuie exercitata asupra solutiei pentru a preveni trecerea solventului in solutie daca cele doua lichide sunt separate printr-o membrana semipermeabila se numeste presiune osmotica.

Dupa o serie de experimente efectuate de Traube, Pfeffer realizeaza in 1864 prima celula osmotica prevazuta cu membrana semipermeabila pe baza de Cu₂[Fe(CN)₆] realizata prin precipitarea ferocianurii de cupru in porii unui vas de portelan poros:

K₄[Fe(CN)₆] + 2CuSO₄ à Cu₂[Fe(CN)₆] + 2K₂SO₄

Solutiile care au aceeasi presiune osmotica se numesc izotonice. O solutie este hipertonica cand are presiunea osmotica mai mare decat solutia cu care o comparam si hipotonica cand presiunea osmotica este mai mica.

Presiunea osmotica joaca un rol important in natura. Apa se ridica prin trunchiul copacilor datorita presiunii osmotice a lichidelor celulare.

Osmoza este un fenomen important in procesele fiziologice. Membrana celulara are proprietati semipermeabile si intre lichidul intercelular si cel extracelular exista un proces osmotic. Activitatea fiziologica se desfasoara normal numai daca cele doua lichide sunt izotonice. Solutiile apoase introduse in organism in scopuri terapeutice trebuie sa fie izotonice cu plasma sanguina. La om plasma sanguina are presiunea osmotica de aproximativ 7 atm, egala cu cea a solutiei apoase 0,86% NaCl numita ser fiziologic.

Van't Hoff (1885) a stabilit ca in solutii diluate, presiunea osmotica este direct proportionala cu concentratia molara a solutiei c₂ prin relatia:

(5.73)

unde:      = presiunea osmotica a solutiei;

c₂ = concentratia molara a solutiei.

Legea lui van't Hoff (relatia 5.73) este analoaga cu ecuatia de stare a gazelor perfecte, solutiile diluate fiind amestecuri in care moleculele solventului se comporta ca un gaz perfect.

Legea lui van't Hoff se deduce termodinamic, considerand conditia de echilibru dintre potentialul chimic al solventului pur ( _1l) si potentialul chimic al solventului in solutie ( _1s

_{1l 1s} (5.74)

respectiv

(5.75)

deoarece = 1.

Rezulta:

(5.76)

Tinand cont de relatia (4.199) d _i = V_i^'dp (V_i^' = volumul molar partial) si de aproximarea V_i^' = V_i, se poate scrie:

(5.77)

Adica:

(5.78)

unde:      p = presiunea solventului;

p + = presiunea solutiei = p_s.

Comparand relatiile (5.76) si (5.78), rezulta:

V₁ = -RTlnx₁      (5.79)

respectiv

V₁ = -RTln(1 - x₂)      (5.80)

Presiunea osmotica este conform relatiei:

= p_s - p      (5.81)

Stiind ca in solutiile diluate, ln(1 - x₂) -x₂, (x₂ ≤ 1), (relatia 5.50), expresia (5.80) devine:

(5.82)

Cunoscand ca in solutii diluate n₂ << n₁ si x₂ (relatia 5.53), rezulta:

(5.83)

Tinand cont ca:

n₁V₁ = v (5.84)

unde:      v = volumul (in l) ocupat de cei n₁ moli de solvent egal cu volumul solutiei (l).

Relatia (5.83) devine:

(5.85)

adica legea lui van't Hoff (5.73): = c₂RT     

Masuratorile de presiune osmotica isi gasesc o larga utilizare la determinarea masei moleculare a polimerilor (proteine, cauciuc).

Relatia (5.85) se poate scrie:

(5.86)

unde:      m₂ = masa de solvat;

M₂ = masa moleculara a solvatului.

Din relatia (5.86) rezulta masa moleculara a solvatului M₂ conform relatiei:

(5.87)