Ако представим чрез P парното налягане на разтворителя, P 'парното налягане на разтвора и Xs молната част на разтвореното вещество, законът на Раул се изразява, както следва:
от където се получава, че:
Тази формула ни позволява да заявим закона на Раул: налягането на парите на разтвора е равно на налягането на парите на разтворителя, умножено по молната част на разтворителя в разтвора. Тази формула е валидна за всички истински решения.
Когато работите с разредени разтвори като биологични, чиято молалност варира между 0 и 0,4, можете да използвате приблизителна формула. Ако например моларността m = 0,4, има 0,4 мола разтворено вещество в 1000 g вода или какво е същото, 0,4 mol разтворено вещество на всеки 55,5 mol вода, тъй като 1000 g вода (молекулно тегло = 18) са 55,5 мола:
От друга страна, молната част на разтвореното вещество (Xs) е:
Според тази формула, относителното намаляване на налягането на парите е пропорционално на молалността, ако разтворът е разреден.
The температура на кипене на течност е тази, при която нейното налягане на парите е равно на атмосферното налягане (Фигура вдясно).
Всяко намаляване на налягането на парите (като добавяне на нелетливо разтворено вещество) ще доведе до повишаване на температурата на кипене (виж таблицата на фигурата). Повишаването на температурата на кипене е пропорционално на молната част на разтвореното вещество. Това повишаване на температурата на кипене (D Te) е пропорционално на молалната концентрация на разтвореното вещество:
The постоянно кипене copic (Ke) е характерен за всеки разтворител (не зависи от естеството на разтвореното вещество), а за водата стойността му е 0,52 ° C/mol/Kg. Това означава, че молалният разтвор на всяко нелетливо разтворено вещество във вода показва кота на кипене от 0,52 ° С.
The температура на замръзване на разтворите тя е по-ниска от температурата на замръзване на чистия разтворител (виж таблицата на фигурата). Замразяване се получава, когато налягането на парите на течността е равно на налягането на парите на твърдото вещество. Обаждане Tc до криоскопично спускане и м При молалната концентрация на разтвореното вещество е вярно, че:
като Kc the константа на криоскопичен разтворител. За вода тази стойност е 1,86 ° C/mol/Kg. Това означава, че моларните разтвори (m = 1) на всяко разтворено вещество във вода замръзват при -1,86 ° C.
Осмотичното налягане е най-важното колигативно свойство за неговите биологични приложения, но преди да влезе изцяло в изследването на това свойство е необходимо преглед на концепциите за дифузия и осмоза.
Излъчване Това е процесът, при който разтворените молекули са склонни да постигнат хомогенно разпределение във цялото пространство, което е достъпно за тях, което се достига след определено време (Фигура вляво). В биологията феноменът на дифузия през мембрани, тъй като наличието на биологични мембрани обуславя преминаването на разтворител и разтворени вещества в клетъчни структури (Фигура вдясно).
Наличието на мембрана, разделяща две различни среди, налага определени ограничения върху процеса на дифузия на разтвореното вещество, което ще зависи основно от връзката между диаметъра на мембранните пори и размера на разтворените частици. Мембраните са класифицирани в четири групи:
- дъждобрани: те не се пресичат нито от разтворени вещества, нито от разтворител
- полупропусклив: те не позволяват преминаването на истински разтворени вещества, но позволяват на водата
- диалектика: те са пропускливи за вода и истински разтворени вещества, но не и за колоидни разтворени вещества
- пропусклив: позволяват преминаването на разтворител и истински колоидни разтворени вещества; те са непроницаеми само за груба дисперсия
В биологията и физиологията, когато говорим за разтворител, имаме предвид водата, но разтворените вещества могат да бъдат:
- колоиден (протеини, полизахариди)
- истински молекулярен тип (глюкоза, урея)
- истински физиологичен разтвор (NaCl, KHCO3)
Осмозата е дифузия на течности през мембраните. Да предположим, че разтвор на NaCl, отделен от разтворителя чрез полупропусклива мембрана, който, както видяхме, позволява преминаването на вода, но не и на сол (Фигура вляво от таблицата). Водата има тенденция да преминава през мембраната, преминавайки от най-разредения разтвор към най-концентрирания (Централна фигура на таблицата), тоест в смисъл на изравняване на концентрациите. Тази тенденция се подчинява на втория принцип на термодинамиката и това се дължи на съществуването на разлика в налягането на парите между двата разтвора. Равновесието се постига, когато концентрациите от двете страни на мембраната се изравнят, тъй като нетният поток на водата спира.
Той определя осмотичното налягане като тенденцията към разреждане от разтвор, отделен от чистия разтворител чрез полупропусклива мембрана (централна фигура на таблицата). Разтвореното вещество упражнява осмотично налягане, когато е изправено пред разтворителя, само когато не е в състояние да премине през мембраната, която ги разделя. Осмотичното налягане на разтвора е равно на необходимото механично налягане, за да се предотврати проникването на вода когато е отделен от разтворителя чрез полупропусклива мембрана (дясната фигура на таблицата).
За да се измери осмотичното налягане, осмометър (Фигура вдясно), който се състои от контейнер, затворен отдолу от полупропусклива мембрана и с бутало отгоре. Ако въведем разтвор в контейнера и го потопим в дестилирана вода, водата преминава през полупропускливата мембрана и упражнява натиск, способен да повдигне буталото до определена височина. Подлагането на буталото на адекватно механично налягане може да попречи на водата да премине в разтвора, и стойността на това механично налягане измерва осмотичното налягане.
Законите, които регулират стойностите на осмотичното налягане за много разредени разтвори (като тези, използвани в биологията), са аналогични на газовите закони. Те са известни с името на своя откривател Jacobus H. Van t'Hoff (снимка вляво), Нобелова награда за химия през 1901 г. и се изразяват със следната формула:
където стр представлява осмотичното налягане, м е моларността на разтвора, R е универсалната газова константа и т е абсолютната температура.
Ако сравним осмотичното налягане на два разтвора, можем да определим три вида разтвори:
- изотонични разтвори са тези, които показват същото осмотично налягане като референтния разтвор
- хипотонични разтвори са тези, които показват по-ниско осмотично налягане от референтния разтвор
- хипертонични разтвори са тези, които показват по-високо осмотично налягане от референтния разтвор
Еритроцитната мембрана може да се разглежда като полупропусклива мембрана, която позволява преминаването на вода, но не и на соли. В изотонична среда (при равно осмотично налягане), еритроцитът остава непроменен (Изберете Isotonic в анимацията вдясно). Ако еритроцитът се въведе в дестилирана вода или хипотонична среда Водата ще премине през мембраната в цитоплазмата, увеличавайки клетъчния обем, разтягайки мембраната, докато се разпадне (Изберете Hypotonic в анимацията вдясно). Това явление е известно под името хемолиза. Ако еритроцитът стане eв хипертонична среда (с по-високо осмотично налягане) водата излиза от еритроцита навън, като по този начин намалява обема му, а мембраната се прибира, придавайки на микроскопа звезден вид (Изберете Hypertonic в анимацията вдясно).
Следователно това е жизненоважно за клетката поддържайте осмотичното налягане на интерстициалната среда постоянно. Когато клетката е в среда, в която осмоларността е различна от тази на нейната вътрешна среда, както нейното функциониране, така и нейната собствена цялост ще бъдат застрашени. За да видите анимацията вляво, натиснете бутона "Refresh" на браузъра.
