Просмотр анимации броуновского движения

Осмотическое давление коллоидных растворов.

Коллоидные растворы, как и истинные, обладают осмотическим давлением. Он также как и газовое давление считается коллигативным свойством раствора, т. е. зависящим от числа свободно передвигающихся частиц коллоида.

Если учесть что объём и масса коллоидной частицы больше, чем объём и масса молекул такового молекулярного вещества, тогда в единице объёма при одной и той же массовой концентрации число частиц коллоидной системы значительно меньше, чем у истинного раствора. Поэтому осмотическое давление коллоидных растворов много меньше, осмотического давления истинных растворов. Например, коллоидный раствор золя золота с массовой концентрацией 10 г/л имеет осмотическое давление 45 Па, в то время как раствор сахарозы 7250 Па при тех же условиях.

К коллоидным растворам, как и истинным можно применить газовые законы. Для коллоидных растворов уравнение Клапейрона-Менделеева можно записать следующим образом:

или.

здесь v/V — концентрация коллоидных частиц, т. е. число частиц в единице объёма, N — число Авогадро, v — число частиц, Р — осмотическое давление.

Измерив осмотическое давление и используя формулу.

можно вычислить молекулярную массу коллоида.

Мембранное равновесие Доннана. Обычно при измерении осмотического давления истинных растворов в сосуд с полупроницаемыми перегородками наливают жидкость и помещают в другой сосуд с растворителем (в воду).

По одну сторону мембраны находится раствор, а по другую чистый растворитель, однако при измерении осмотического давления коллоидных растворов по одну сторону мембраны находится один или несколько растворов электролитов. Электролит может перемещаться по обе стороны мембраны. Поэтому осмотическое давление коллоидного раствора зависит не только от концентрации частиц коллоида, но и того, как распределились электролиты по обе стороны мембраны. Если электролиты распределились одинаково по обе стороны мембраны, тогда осмотическое давление будет зависеть только от концентрации частиц коллоида, и в этом случае можно не учитывать присутствие электролита.

По мнению Доннана электролиты распределяются неравномерно по обе стороны мембраны; в той стороне может быть больше или меньше чем в другой. Например, коллоидной раствор находится по одну сторону от мембраны, сквозь мембрану коллоидная частица пройти не сможет, зато электролит сможет пройти. Например, для упрощения представим себе коллоидный раствор как коллоидный электролит, диссоциирующий на коллоидный анион и катион металла:

RМ — R- + М+.

По другую сторону мембраны нальём раствор электролита, например MCl. Тогда состав системы в начале процесса будет следующим:

RМ+ M+ Cl — C1 C C2 C2.

Здесь C1? R- - начальная концентрация ионов коллоидного электролита, C2? Cl- - начальная концентрация ионов электролита. Ионы M+ и Clспособные переходить из I стороны мембраны на II и со II стороны к I; однако R-? анионы всегда остаются на I стороне.

Движение ионов M+ и Clпостепенно уравнивается; при установившемся равновесии число пар ионов, проходящих из I стороны мембраны на II в единицу времени будет равно числу пар ионов, проходящих со II стороны мембраны на I. Примем за х число ионов M+ и Clпроходящих со второй стороны мембраны на первую, тогда состояние системы примет следующий вид:

RМ+ ClM+ ClC1 C1 + x x C2 — x C2 — x.

Для этого равновесия можно записать следующее уравнение.

(С1+х)х = (С2-х)2.

и сделать следующие выводы: 1) электролит неравномерно распределяется по обе стороны мембраны; 2) на той стороне, где находится коллоидный раствор, концентрация электролита будет меньше; 3) вследствие неравномерного распределения электролита по обе стороны мембраны создаётся избыточное осмотическое давление раствора (осмотическое давление Доннана) и возникает разность электрических потенциалов (мембранный потенциал):

или.

это уравнение называется уравнением Доннана.

Если концентрация электролита С2 меньше концентрации коллоидного раствора С1, т. е. С2 < С1 в этом случае отношение будет близко к нулю, и электролит не переходит со II стороны на I первую. Если С2 > С1 т. е. концентрация электролита больше, чем концентрация коллоидного раствора тогда отношение будет близко Ѕ. В этом случае электролит равномерно распределяется по обе стороны. Если С2 = С1 тогда равно: =. Значит, если С2 = С1 то, со II стороны мембраны к I стороне проходит одна треть ионов электролита.