Осмос и осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

Если трубку, заполненную раствором (например, сахара), отделить от воды полупроницаемой мембраной (которая пропускает только молекулы воды, но не сахара), то через мембрану происходит диффузия молекул воды в раствор и уровень жидкости в трубке поднимается. Это приводит к увеличению давления в нижней части раствора, что затрудняет дальнейшую диффузию воды. При некоторой высоте ( ) столба раствора в трубке скорости диффузии воды из наружнего сосуда во внутрений и обратно сравняются и подъём жидкости в трубке прекратится, т. е. система придёт в равновесие. Процесс односторонней диффузии растворителя через полупроницаемую перегородку от раствора с меньшей концентрацией растворенного вещества к раствору с большей концентрацией называют осмосом. Давление, которое нужно приложить в процессе осмоса к раствору, чтобы привести его уровень к уровню чистого растворителя, называют осмотическим давлением.

Вант-Гофф, анализируя результаты изучения осмотического давления разных растворов, пришел к выводу: в разбавленных растворах (С ≤ 0,01моль/л) растворитель и раствореное вещество ведут себя подобно газам. Поэтому к разбавленным растворам применимо уравнение состояния идеальных газов в следующей форме:

, (28)

где π – осмотическое давление, n – число молей растворенного вещества. Решив это уравнение относительно p и произведя замену n/V = C, получают выражение, называемое законом Вант-Гоффа:

, (29)

где С – концентрация растворенного вещества, моль/л.

Закон Рауля.

При анализе результатов измерений давления насыщенного пара растворов нелетучих веществ Ф.М. Рауль обнаружил важную закономерность:

парциальное давление насыщенного пара -го компонента над раствором (p_i) равно произведению давления насыщенного пара над чистым компонентом (p_0i) на мольную долю (x_i) этого компонента в растворе:

. (30)

Уравнение (30) носит название закона Рауля.

Закон Генри.

Предельно разбавленными называются такие растворы, в которых молярная доля растворенного вещества x₂ < 0,005 и, следовательно, молярная доля растворителя x₁ близка к единице. Поведение растворенного вещества в предельно разбавленном растворе не подчиняется законам идеальных растворов. Давление насыщенного пара растворенного вещества линейно зависит от его концентрации, но прямая линия не совпадает с линией, соответствующей закону Рауля. Давление пара растворенного вещества подчиняется закону Генри: парциальное давление пара растворенного вещества пропорционально его молярной доле:

, (31)

где x_i – молярная доля i-го растворенного вещества; K_i – константа с размерностью давления, называемая коэффициентом (константой) Генри.