§ 109. Осмотическое давление

Представим себе, что в одном и том же сосуде находятся, соприкасаясь друг с другом, раствор и чистый растворитель. Очевидно, что частицы растворенного вещества будут переходить из раствора в растворитель, и этот процесс диффузии закончится только тогда, когда будет достигнуто равновесие, т. е. когда растворенное вещество равномерно распределится по всему объему растворителя. Точно так же, если соседствуют не раствор и чистый растворитель, а два раствора разных концентраций, то и в этом случае будет происходить диффузия частиц растворенного вещества из более концентрированного в более слабый раствор, пока концентрация не станет одинаковой во всем объеме. Растворенное вещество как бы расширяется, стремясь занять весь доступный емулэбъем

растворителя, совершенно так же, как расширяется газ, чтобы занять весь предоставленный ему объем.

Подобно тому, как газ оказывает давление на стенки сосуда, а при расширении может совершить работу перемещения стенки, если она подвижна (поршень), растворенное вещество тоже должно оказывать давление на ту границу, которая разделяет раствор и чистый растворитель или два раствора с различными концентрациями (разность концентраций здесь играет такую же роль, какую в газах играет разность давлений). Давление это можно наблюдать, если поместить между раствором и чистым растворителем полупроницаемую перегородку, т. е. перегородку, через которую легко проходит растворитель, но не проходит растворенное вещество (рис. 136). Тогда растворитель будет переходить в райтвор и уровень жидкости в той части сосуда, где находится раствор, будет повышаться. Частицы растворенного вещества как бы стремятся продвинуть перегородку сквозь растворитель, но фактически смещается не жестко закрепленная перегородка, а уровень жидкости (если бы можно было сделать полупроницаемый подвижный поршень, то смещался бы именно он).

Рис. 136.

Давление, которое растворенное вещество оказывает на полупроницаемую перегородку, называется осмотическим - давлением, а вызванное этим проникновение растворителя в раствор называется осмосом. Подъем уровня жидкости раствора будет продолжаться до тех пор, пока возникшее гидростатическое давление не окажется равным осмотическому давлению. Можно не допустить подъема уровня, если приложить к раствору внешнее давление. То значение этого давления, которое требуется для сохранения равенства уровней по обе стороны перегородки, очевидно, и равно осмотическому давлению.

Осмотическое давление, как показывает опыт, пропорционально концентрации раствора и обратно пропорционально его объему. Оно зависит также от температуры. Вант-Гофф показал (1887 г.), что связь между этими величинами имеет вид:

Здесь — осмотическое давление, V — объем раствора, число молей растворенного вещества, универсальная газовая постоянная и температура. Закон, выражаемый этим уравнением, называется законом Вант-Гоффа.

Полное сходство уравнения закона Вант-Гоффа с уравнением состояния идеальных газов показывает, что частицы растворенного

вещества в слабом растворе ведут себя так же, как молекулы идеального газа, так что закон Вант-Гоффа можно сформулировать так: осмотическое давление, оказываемое растворенным веществом, равно давлению, которое производило бы это же вещество в газообразном состоянии в том же объеме и при той же температуре.

Осмотическое давление, разумеется, не зависит от вида полупроницаемой перегородки или от рода растворителя. Понятно, что любые растворы с одинаковой молярной концентрацией оказывают одинаковое осмотическое давление.

Сходство в поведении растворенного вещества и идеального газа обусловлено тем, что в сильно разбавленном растворе частицы растворенного вещества не взаимодействуют между собой, так же как не взаимодействуют частицы идеального газа.

Следует отметить, что закон Вант-Гоффа оказывается несправедливым в тех случаях, когда растворенное вещество при растворении разлагается на ионы (диссоциирует). Это, следовательно, относится ко всем растворам кислот, солей и щелочей (электролитам).

Осмотическое давление играет большую роль в жизни животных и растений. Им в значительной степени определяется распределение воды и растворенных в ней веществ в тканях. Это связано с тем, что оболочки многих органов представляют собой полупроницаемые перегородки.