NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Áp suất thẩm thấu (thủy tĩnh)
- Liên quan áp suất thẩm thấu đến nồng độ chất tan
- Tự kiểm tra
Thẩm thấu là một quá trình xảy ra giữa hai container được ngăn cách bởi một hàng rào bán thấm. Nếu rào cản có lỗ chân lông đủ lớn để cho phép các phân tử nước đi qua nhưng đủ nhỏ để chặn các phân tử của chất tan, nước sẽ chảy từ bên này với nồng độ chất tan nhỏ hơn sang bên với nồng độ lớn hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi nồng độ chất tan bằng nhau ở cả hai phía hoặc sự thay đổi thể tích chịu áp suất ở phía có nồng độ lớn hơn vượt quá lực đẩy nước qua rào chắn. Áp suất này là áp suất thẩm thấu hoặc thủy tĩnh, và nó thay đổi trực tiếp với sự khác biệt về nồng độ chất tan giữa hai bên.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Áp suất thẩm thấu dẫn nước qua một hàng rào không thấm nước tăng lên cùng với sự khác biệt về nồng độ chất tan ở hai bên của hàng rào. Trong một dung dịch có nhiều hơn một chất tan, tính tổng nồng độ của tất cả các chất tan để xác định tổng nồng độ chất tan. Áp suất thẩm thấu chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt hòa tan, không phụ thuộc vào thành phần của chúng.
Áp suất thẩm thấu (thủy tĩnh)
Quá trình hiển vi thực tế thúc đẩy thẩm thấu là một chút bí ẩn, nhưng các nhà khoa học mô tả nó theo cách này: Các phân tử nước là một trạng thái chuyển động liên tục, và chúng di chuyển tự do trong một vật chứa không bị hạn chế để cân bằng nồng độ của chúng. Nếu bạn chèn một rào chắn vào container mà họ có thể vượt qua, họ sẽ làm như vậy. Tuy nhiên, nếu một bên của hàng rào chứa dung dịch có các hạt quá lớn để vượt qua rào chắn, các phân tử nước đi qua từ phía bên kia phải chia sẻ không gian với chúng. Thể tích ở phía bên với chất tan tăng cho đến khi số lượng phân tử nước ở cả hai phía bằng nhau.
Tăng nồng độ chất tan làm giảm không gian có sẵn cho các phân tử nước, làm giảm số lượng của chúng. Điều này lần lượt làm tăng xu hướng nước chảy vào phía bên kia từ phía bên kia. Để nhân hóa một chút, sự khác biệt về nồng độ của các phân tử nước càng lớn, chúng càng "muốn" di chuyển qua hàng rào sang phía có chứa chất tan.
Các nhà khoa học gọi đây là áp suất thẩm thấu hoặc áp suất thủy tĩnh, và nó là một đại lượng có thể đo được. Đậy nắp bình chứa cứng để ngăn thể tích thay đổi và đo áp suất cần thiết để giữ nước không tăng trong khi bạn đo nồng độ của dung dịch ở bên cạnh với chất tan nhất. Khi không có sự thay đổi nào nữa về nồng độ, áp suất bạn tạo ra trên vỏ là áp suất thẩm thấu, giả sử nồng độ ở cả hai phía không cân bằng.
Liên quan áp suất thẩm thấu đến nồng độ chất tan
Trong hầu hết các tình huống thực tế, chẳng hạn như rễ hút độ ẩm từ mặt đất hoặc các tế bào trao đổi chất lỏng với môi trường xung quanh, một nồng độ chất hòa tan nhất định tồn tại ở cả hai phía của hàng rào bán thấm, như rễ hoặc thành tế bào. Thẩm thấu xảy ra miễn là nồng độ khác nhau, và áp suất thẩm thấu tỷ lệ thuận với chênh lệch nồng độ. Về mặt toán học:
P = RT (C)
Trong đó T là nhiệt độ tính bằng Kelvins, ∆C là chênh lệch nồng độ và R là hằng số khí lý tưởng.
Áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào kích thước của các phân tử chất tan hoặc thành phần của chúng. Nó chỉ phụ thuộc vào có bao nhiêu trong số đó. Do đó, nếu có nhiều hơn một chất tan trong dung dịch, áp suất thẩm thấu là:
P = RT (C1 + C2 + ... Cviết sai rồi)
trong đó C1 là nồng độ của chất tan, và như vậy.
Tự kiểm tra
Thật dễ dàng để có được một ý tưởng nhanh chóng về ảnh hưởng của sự tập trung vào áp suất thẩm thấu. Trộn một muỗng muối trong một cốc nước và cho vào củ cà rốt. Nước sẽ chảy ra khỏi cà rốt vào nước mặn bằng cách thẩm thấu, và cà rốt sẽ co lại. Bây giờ tăng nồng độ muối lên hai hoặc ba muỗng canh và ghi lại mức độ nhanh hơn và hoàn toàn của củ cà rốt.
Nước trong cà rốt chứa muối và các chất hòa tan khác, do đó điều ngược lại sẽ xảy ra nếu bạn ngâm nó vào nước cất: Cà rốt sẽ phồng lên. Thêm một lượng nhỏ muối và ghi lại thời gian cần thiết để cà rốt phồng lên hoặc liệu nó có phồng lên cùng kích cỡ. Nếu cà rốt không phồng lên hoặc teo lại, bạn đã xoay sở để tạo ra một dung dịch có cùng nồng độ muối như cà rốt.