Осмотическое давление

Осмотическое давление (или диффузный давление) - термодинамический параметр, характеризующий стремление раствора снизить свою концентрацию при столкновении с чистым растворителем вследствие встречной диффузии молекул растворителя и растворенного вещества.

Механизм возникновения осмотического давления при наличии полупроницаемой мембраны: молекулы растворителя (серые круги) поступают в более концентрированный раствор (где их количество меньше) пытаясь виривяты концентрацию, из менее концентрированного сквозь мембрану, которая не пропускает молекулы растворенного вещества (красные круги)
Если раствор отделен от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, то возможна лишь односторонняя диффузия - осмотическое всасывание растворителя сквозь мембрану в раствор. В этом случае осмотическое давление становится доступной для прямого измерения величиной, равной избыточному давлению, надо приложить со стороны раствора для выравнивания количества растворителя по обе стороны полупроницаемой мембраны при осмотической равновесии. Осмотическое давление обусловлено снижением химического потенциала растворителя в присутствии растворенного вещества.
Тенденция системы выравнивать химические потенциалы во всех частях своего объема и переходить в состояние с более низким уровнем свободной энергии вызывает осмотическое (диффузионный) перенос веществ.
Осмотическое давление в идеальных и сильно разбавленных растворах не зависит от природы растворителя и растворенных веществ; при постоянной температуре оно определяется только числом "кинетических элементов" - ионов, молекул, ассоциатов или коллоидных частиц - в единице объема раствора.
Первые измерения осмотического давления провел В. Пфефер в 1877 году, исследуя водные растворы тростникового сахара. Его данные позволили Я. Г. Вант-Гоффу установить (в 1887 г.) зависимость осмотического давления от концентрации растворенного вещества, збiгается по форме с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Оказалось, что осмотическое давление численно равно давлению, который бы наносил растворенное вещество, если бы она при данной температуре находилось в состоянии идеального газа и занимало объем, равный объему раствора.
Для очень разбавленных растворов недисоциюючих веществ найденная закономерность, достаточно точно описывается уравнением:

где - Число молей вещества в растворе объема V; R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура (в Кельвинах), p - величина осмотического давления.
В случае диссоциации вещества в растворе на ионы в правую часть уравнения вводится множитель и > 1, что называется коэффициентом Вант-Гоффа и соответствует количеству кинетически-активных элементов в растворе, при ассоциации растворенного вещества и <1. Так, например, хлорид кальция CaCl2 при растворении диссоциирует на три ионы, поэтому для вычисления количества осмотически активных кинетических элементов (в молях) количество этого вещества нужно умножить на три; следовательно в данном случае и = 3.
Осмотическое давление реального раствора (p') всегда меньше, чем идеального (p"), причем отношение р ' / р"= g, что называется осмотическим коэффициентом, возрастает при увеличении концентрации.
Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими или изоосмотическими. Так, различные кровезамисникы и физиологические растворы изотонические относительно срединных жидкостей организма. Для всех позвоночных животных (в том числе и человека) изотоническим отношении жидкостей их организма является 0.9% раствор соли (NaCl) в воде.
Если один раствор сравнению с другим имеет более высокое осмотическое давление, его называют гипертоническим, а если меньше осмотическое давление - гипотоническому.