главная > справочник > химическая энциклопедия:

ОСМОС

ОСМОС (от греч. -толчок, давление), самопроизвольный перенос вещества через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора разл. концентрации или чистый растворитель и раствор. Наиб. часто происходит переход растворителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенное веществосмос Самопроизвольный массоперенос возникает в результате того, что хим. потенциал растворителя уменьшается при увеличении концентрации растворенного вещества.

Рассмотрим два объема и бинарного раствора (см. рис.), разделенных полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя (компонент 1) и не пропускающей молекулы растворенного вещества (компонент 2). Если температура T и давление р по обе стороны перегородки одинаковы (Т = Т , ), а молярные доли различны ( ), то (Т, р, ) > (Т, р, ). Для идеальных или сильно разбавленных реальных растворов, где -хим. потенциал чистого растворителя, R-газовая постоянная. При система термодинамически неравновесна и, следовательно, имеет место переход компонента 1 из объема в объем до тех пор, пока его молярные доли в обоих объемах не станут одинаковыми. Для того чтобы предотвратить массоперенос и выравнивание концентраций и сохранить первонач. состав обоих растворов, необходимо выравнить хим. потенциалы компонента 1 по обе стороны перегородки изменением внеш. условий (т-ры, давления, внеш. электрич. поля, если речь идет о растворах электролитов). В изотермич. условиях для сохранения состава фаз необходимо изменить давление на один из растворов. Из термодинамики известно, что

где -парциальный молярный объем растворителя. Для идеальных или предельно разбавленных реальных растворов , где -молярный объем чистого растворителя. Знак производной положительный и при увеличении давления, приложенного к раствору , хим. потенциал растворителя будет возрастать. Дополнит. давление , которое надо приложить к раствору для того, чтобы предотвратить поступление в него растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора , наз. осмотич. давлением. При давлении система находится в термодинамически равновесном состоянии:

Если , равновесие нарушается и имеет место перенос растворителя из более концентрир. раствора в менее концентрированный. Это явление получило назв. обратного осмоса; оно находит широкое практич. применение в мембранных процессах разделения в-в.

Для идеальных растворов зависимость осмотич. давления от состава выражается ур-нием:

где -парциальные давления растворителя в фазах и . Если фаза представляет собой чистый растворитель, т.е. , то ; ур-ние принимает вид, известный как ур-ние Ван Лаара:

Из него следует, что осмотич. давление раствора пропорционально ln x₁. Этой же величине пропорциональны понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения идеальных растворов (см. Рауля закон), что свидетельствует о связи этих явлений с осмос

Если концентрация растворенного вещества мила, зависимость осмотич. давления от его молярной концентрации с₂ выражается ур-нием Вант-Гоффа:

Это ур-ние обычно используют для расчета осмотич. давления бинарных растворов недиссоциирующих веществ. Однако лучшее совпадение расчетных значений с экспериментальными в широкой концентрац. области дает ур-ние Ван Лаара (см. табл.). О методах и технике измерения осмотич. давления см. Осмометрия.