Значение осмоса

Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворенных в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворенном состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию.

Осмос широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом "обратного" осмоса жидкостей.

Клетки растений используют осмос также для увеличения объёма вакуоли, чтобы она распирала стенки клетки (тургорное давление). Клетки растений делают это путём запасания сахарозы. Увеличивая или уменьшая концентрацию сахарозы в цитоплазме, клетки могут регулировать осмос. За счёт этого повышается упругость растения в целом. С изменениями тургорного давления связаны многие движения растений (например, движения усов гороха и других лазающих растений). Пресноводные простейшие также имеют вакуоль, но задача вакуолей простейших заключается лишь в откачивании лишней воды из цитоплазмы для поддержания постоянной концентрации растворённых в ней веществ.

Осмос также играет большую роль в экологии водоёмов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимется или упадёт, то обитатели этих вод погибнут из-за пагубного воздействия осмоса.

 

 

102. 1.Характерные свойства электролитов.

Способность растворов электролитов проводить электрический ток называется электрической проводимостью. Она зависит от природы электролита и растворителя, концентрации, температуры и некоторых других факторов.

Различают удельную и молярную электрическую проводимости.

Удельная электрическая проводимость раствора электролита x - это электрическая проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими площадь по одному квадратному метру и расположенными на расстоянии одного метра друг от друга.

Удельная электрическая проводимость является величиной, обратной удельному сопротивлению с :

(1) Удельное сопротивление определяется по уравнению

(2) где R -- общее сопротивление проводника. Ом; l -- длина проводника, м; s -- поперечное сечение проводника, м2. Из уравнения (2) имеем:

с =Rs/l. (3)

Отсюда единица удельного сопротивления, выражается величиной [ с ]=0м м.

Размерность удельной электрической проводимости выражается обратной величиной x=1/(0м м) = Oм-l*м-l = Cм м-1.

Повышение температуры на 1 К увеличивает удельную электрическую проводимость примерно на 2 - 2,5%. Это объясняется понижением вязкости раствора и уменьшением гидратации ионов, а для растворов слабых электролитов увеличением их степени диссоциации.

Зависимость удельной электрической проводимости разбавленных растворов от температуры описывается эмпирическим уравнением x _T = x ₂₉₈ [1 + б (T - 298) +в (?- 298) ² ] (4) в = 0,0163 ( б - 0,0174), где x298 - удельная электрическая проводимость при 298 К; б и в - температурные коэффициенты электрической проводимости.

Коэффициенты б и в зависят от природы электролита:

для сильных кислот б = 0,0164,

для сильных оснований б = 0,0190,

для солей б = 0,0220.

В растворах слабых электролитов диссоциация молекул электролита на ионы увеличивает объем раствора. Поэтому повышение давления в соответствии с принципом смещения подвижного равновесия Ле Шателье - Брауна уменьшает степень диссоциации электролита и, следовательно, электрическую проводимость. Заметное влияние на электрическую проводимость раствора слабого электролита оказывает только давление порядка сотен и тысяч атмосфер. Например, повышение давления до 2000 атм уменьшает x для уксусной кислоты на 40%.

При изучении электрической проводимости растворов целесообразно пользоваться молярной электрической проводимостью Л ,которая равна электрической проводимости объема раствора электролита, содержащего 1 г/моль растворенного вещества и находящегося между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии одного метра друг от друга.

Для слабых электролитов изменение молярной электрической проводимости от концентрации раствора связано в основном со степенью диссоциации и для сильных электролитов - с межионным взаимодействием.

Удельная и молярная электрические проводимости связаны между собой соотношением:

Л = xVм = x/cм (5)

где Vм -- число кубометров раствора, содержащего 1 г/моль электролита; См -- концентрация электролита, выраженная в моль/м3. Для практических расчетов можно использовать также размерности в производных единицах СИ: [ ч ]=См см-1; [ Л ] = Ρм см2 *моль-1; [с] = моль/л (моль/дм3). При этом вместо уравнения (5) получаем:

(6) При вычислении молярной электрической проводимости нужно указывать формульную единицу, для которой она вычислена. Так, например, при 298 К в водном растворе при предельном разбавлении A(MgCl2)=258 · 104 См м2 * моль-1, но Л (MgCl2) = 129 * 104 См * м2 моль-1.

Молярная электрическая проводимость с уменьшением концентрации раствора увеличивается и при с Л ₂₉₈ 0 стремится к некоторому предельному максимальному значению Л и Л ₂₉₈ которое называется молярной электрической проводимостью при предельном (бесконечном) разбавлении.

Зависимость молярной электрической проводимости от температуры можно представить уравнением:

Л _Т = Л ₂₉₈ [1+б (T-298)], (7)

где Л _Т и Л ₂₉₈ -- молярные электрические проводимости при температуре Т = 298 К; б -- температурный коэффициент электрической проводимости.

Отсюда следует, что температурные коэффициенты удельной и молярной электрической проводимости одинаковы.

Рассмотрим зависимость молярной электрической проводимости раствора бинарного электролита от скорости движения ионов. Пусть электрический ток проходит через раствор бинарного электролита, помещенный в стеклянную трубку с поперечным сечением s м2, причем расстояние между электродами равно l м и разность потенциалов между ними равна Е В. Обозначим через u'+ и u'- скорости движения катионов и анионов, м/с, а через см концентрацию раствора электролита, г/моль/м3. Если степень диссоциации электролита в данном растворе равна б , то концентрации катионов и анионов равны б см г/моль/м3. Подсчитаем количество электричества, которое переносится через поперечное сечение трубки за 1 с.

Катионов за это время пройдет через сечение u'+ sбc _м г/моль и они перенесут u'+ sбc _м F Кл электричества, так как г/моль переносит количество электричества, равное числу Фарадея F.

Анионы в обратном направлении перенесут u'- sбc _м F Кл электричества.

Сила тока I , т. е. общее количество электричества, проходящее через данное поперечное сечение раствора в 1 с, равна сумме количеств электричества, переносимого ионами в обоих направлениях:

I = (u'+ + u'-) sбc _м F u'+ = u+ (10)

Скорость движения ионов u'+ и u'- прямо пропорциональна напряженности поля E/l:

u'+ = u+ и u'- = u- (11)

где u+ и u- -- абсолютные скорости ионов.

Абсолютной скоростью движения иона называется его скорость при единичном градиенте потенциала в 1 В м-1; ее размерность [ui] = В м2 с-1 Подставляя значения u'+ = u' - из уравнения (11) в (10), получаем I = бF (u+ + u-) . (12)

С другой стороны, сопротивление R можно выразить через Λ. Учитывая, что из (11) с = 1/х и из (5) х = см Л ;, п с олучаем из (2) выражение R=l/(хs) = l/(cм Л s). Из

закона Ома

I = Л ; . (13)

Приравнивая правые части уравнений (12) и (13) и решая равенство относительно Л , получаем

Л = бF (u+ + u-) (14)

Для сильных электролитов α=1 и

Л = F(u+ + u-) (15)

Произведения

Fu+= л + и Fu-= л - (16)

Называются подвижностями ионов; их размерность [λи] = См м моль -1. Например, в водном растворе при 298 К подвижности катионов К +, Ag+ и Mg2+ равны 73,5 · 104;

61,9 · 104 и 53,0 · 104 См м2 · моль-1 и подвижности анионов С1-1, SO42- и

СН3СОО- - 76,3 104; 80,0 · 104 и 40,9 · 104 См м2 моль-1 соответственно.

Вводя значения л + и л - в (14) и (15), получаем для слабых электролитов:

Л = б ( л + + л -) (17) и для сильных электролитов

Л = л + + л - (18) Для предельно разбавленного раствора л = 1, поэтому

Л _? = л + л (19) где л и л - подвижности ионов при предельном разведении. Уравнение (19), справедливое как для сильных, так и для слабых электролитов, называется законом Кольрауша, согласно которому молярная электрическая проводимость при предельном разведении равна сумме подвижностей ионов при предельном разведении. Из уравнения (19) и (16) получаем:

Л _? = F(u + u) (20)

где F - постоянная Фарадея; u и u - абсолютные скорости движения ионов при предельном разведении.