Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Osmoottinen (hydrostaattinen) paine
- Osmoottisen paineen liittäminen liuenneeseen pitoisuuteen
- Testaa se itse
Osmoosi on prosessi, joka tapahtuu kahden säiliön välillä, jotka on erotettu puoliläpäisevästä esteestä. Jos esteen huokoset ovat riittävän suuria vesimolekyylien läpi pääsemiseksi, mutta riittävän pieniä estääkseen liuenneen aineen molekyylejä, vesi virtaa sivulta, jolla on pienempi liuenneen aineen pitoisuus, sivulle, jolla on suurempi konsentraatio. Tätä prosessia jatketaan, kunnes joko liuenneen aineen pitoisuus on yhtä suuri molemmilla puolilla tai paineenkestävän tilavuuden muutos sillä puolella, jolla on suurempi pitoisuus, ylittää veden, joka vetää esteen läpi. Tämä paine on osmoottinen tai hydrostaattinen paine, ja se vaihtelee suoraan liuenneen aineen pitoisuuden eron vuoksi molemmin puolin.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Läpäisemättömän esteen ylittävä osmoottinen paine, joka vetää vettä, kasvaa liuenneiden pitoisuuksien erotuksen ollessa esteen kummallakin puolella. Liuoksessa, jossa on enemmän kuin yksi liuennut aine, lasketaan kaikkien liuenneiden pitoisuudet yhteen kokonaispitoisuuden määrittämiseksi. Osmoottinen paine riippuu vain liukenevien hiukkasten lukumäärästä, ei niiden koostumuksesta.
Osmoottinen (hydrostaattinen) paine
Todellinen mikroskooppinen prosessi, joka ohjaa osmoosia, on hiukan salaperäinen, mutta tutkijat kuvaavat sitä tällä tavalla: Vesimolekyylit ovat jatkuvan liikkeen tilassa, ja ne kulkeutuvat vapaasti rajoittamattoman astian läpi pitoisuuksiensa tasaamiseksi. Jos asetat astiaan astiaan, jonka läpi ne voivat kulkea, he tekevät niin. Kuitenkin, jos esteen toisella puolella on liuos, jonka hiukkaset ovat liian suuria pääsemään esteen läpi, toiselta puolelta kulkevien vesimolekyylien on jaettava tilaa niiden kanssa. Tilavuus liuenneen aineen puolella kasvaa, kunnes vesimolekyylien lukumäärä molemmilla puolilla on yhtä suuri.
Liukoisen aineen pitoisuuden lisääminen vähentää vesimolekyylien käytettävissä olevaa tilaa, mikä vähentää niiden lukumäärää. Tämä puolestaan lisää veden taipumusta virtata tuolle puolelle toiselta puolelta. Jotta antropomorfisoituu, sitä suurempi ero vesimolekyylien konsentraatioissa, sitä enemmän ne "haluavat" siirtyvän esteen yli sivulle, joka sisältää liuenneen aineen.
Tutkijat kutsuvat tätä himoa osmoottiseksi paineeksi tai hydrostaattiseksi paineeksi, ja se on mitattavissa oleva määrä. Aseta kansi jäykälle astialle, jotta tilavuus ei muutu, ja mittaa paine, jota tarvitaan veden nousun estämiseksi, kun mitat liuoksen konsentraatiota liukoisimmalta puolelta. Kun konsentraatiossa ei enää muutu, kanteen kohdistama paine on osmoottinen paine olettaen, että molemmin puolin olevat pitoisuudet eivät ole tasaantuneet.
Osmoottisen paineen liittäminen liuenneeseen pitoisuuteen
Useimmissa todellisissa tilanteissa, kuten juurien vetäessä maasta kosteutta tai soluja, jotka vaihtavat nesteitä ympäristöönsä, on tietty pitoisuus liuenneita aineita puoliläpäisevän esteen molemmilla puolilla, kuten juurilla tai soluseinämällä. Osmoosi tapahtuu niin kauan kuin pitoisuudet ovat erilaisia, ja osmoottinen paine on suoraan verrannollinen pitoisuuseroon. Matemaattisesti:
P = RT (∆C)
missä T on lämpötila kelvinissä, ∆C on pitoisuuksien ero ja R on ihanteellinen kaasuvakio.
Osmoottinen paine ei riipu liukenevien molekyylien koosta tai niiden koostumuksesta. Se riippuu vain siitä, kuinka monta heistä on. Siten, jos liuoksessa on enemmän kuin yksi liuennut aine, osmoottinen paine on:
P = RT (C1 + C2 + ... Cn)
missä C1 on liuenneen pitoisuus ja niin edelleen.
Testaa se itse
On helppo saada nopea käsitys keskittymisen vaikutuksesta osmoottiseen paineeseen. Sekoita ruokalusikallinen suolaa lasilliseen vettä ja laita porkkana. Vesi virtaa porkkanasta suolaiseen veteen osmoosilla ja porkkana kutistuu. Nosta suolakonsentraatio nyt kahteen tai kolmeen ruokalusikalliseen ja merkitse porkkanan kutistuminen nopeammin ja täydellisemmin.
Porkkanan vesi sisältää suolaa ja muita liuenneita aineita, joten päinvastainen tapahtuu, jos upotat sen tislattuun veteen: Porkkana paisuu. Lisää pieni määrä suolaa ja kirjaa kuinka paljon vähemmän aikaa porkkanan turpoamiseen kuluu tai paisutaanko sama koko. Jos porkkana ei turpoa tai kutise, onnistuit tekemään ratkaisun, jolla on sama suolakonsentraatio kuin porkkanalla.