浸透圧 は、溶媒分子 (水) が半透膜を通過するのを防ぐ最小圧力です。言い換えれば、膜の両側で溶液の濃度を等しくしようとするのは、半透膜に対する溶媒の圧力です。浸透圧は物質の結合特性であるため、溶質粒子の化学的性質ではなく、その数に依存します。
浸透圧とは?仕組み
浸透圧は、拡散と浸透の一例です。拡散では、溶質と溶媒の両方が均一に分散するまで、分子は高濃度の領域から低濃度の領域に移動します。浸透では、溶媒分子の移動を可能にするが、より大きな溶質分子の移動を禁止する半透膜があります。
半透膜を使用して純粋な溶媒または希釈溶液と濃縮溶液を分離すると、水は膜を横切って流れます。溶媒の移動は、濃度が両側で同じになるまで続きます。したがって、浸透圧は、溶媒分子が膜を横切って濃縮溶液に押し込まれる力 または と見なすことができます。 水が膜を通過するのを防ぐために、その溶液に加える必要がある圧力として.
浸透圧の例
さまざまな溶液中の赤血球は、浸透圧の優れた例です。細胞膜は半透膜です。
- 赤血球を水に入れると、その水は低張になります または細胞内容物と比較して濃縮度が低い。細胞外からの水分は、細胞膜を通り抜けます。細胞が膨張して破裂します。
- 赤血球をアイソトニックに配置する 溶液（生理食塩水など）によって細胞の大きさや外観が変化することはありません。水は同じ速度で細胞に出入りします。
- 赤血球を濃縮溶液に入れると、その液体は高張になります または細胞の細胞質よりも濃縮されています。水が細胞から出て、縮んでしわくちゃの外観になります (クレネーション)。
卵を使って浸透圧の効果を実証できます。まず、生卵を酢または弱酢酸に浸し、殻を溶かします。これにより、半透膜が卵黄と卵白を取り囲みます。
- コーンシロップに卵を入れます。シロップには砂糖が多く含まれていますが、水分はほとんど含まれていないため、卵の内容に対して高張です。水は卵からシロップへと膜を横切って流れます。卵は収縮し、目に見える黄身だけが残ります。
- 卵を純水に入れます。水は卵の内容物に対して低張であるため、水は卵膜を通過して卵を膨らませます。
浸透圧式
浸透圧式の功績は、Jacobus van’t Hoff の功績によるものです。式は、浸透圧を溶質濃度に関連付けます。
Π =iMRT
ここで、Π は浸透圧、i はファントホッフ係数、M は溶質モル濃度、R は理想気体定数、T は絶対温度です。
問題例
たとえば、ブドウ糖 (C6 H12 O6 ) 血液と等張な静脈内溶液 (37 °C で 7.64 atm) は、水 1 リットルあたり必要ですか?
<オール>これには、浸透圧式の再配置が含まれます:
Π =iMRT
M =Π/iRT =7.65 atm/(1)(0.08206 L・atm/mol・K)(310) =0.301 mol/L
溶液 1 リットルあたり、0.301 モルのスクロースがあります。
グルコースのモル質量を求めます。周期表から:
C =12 グラム/モル
H =1 グラム/モル
O =16 g/mol
グルコース式 (C6 H12 O6 )、モル質量は:
モル質量グルコース =6(12) + 12(1) + 6(16) =72 + 12 + 96 =180 g/mol
溶液を作るために必要なグルコースの質量は、モル質量にグルコースの質量を掛けたものです:
グルコースの質量 =0.301 mol x 180 g/mol =54.1 グラム
溶液中の他の溶質も浸透圧に影響することに注意してください。この例では、溶液は純水中のグルコースではなく、生理食塩水中のグルコースである可能性が高い.
参考文献
- アトキンス、ピーター W.; de Paula、Julio (2010)。 「セクション 5.5 (e)」。 物理化学 （第9版）。オックスフォード大学出版局。 ISBN 978-0-19-954337-3.
- ルイス、ギルバート・ニュートン (1908)。 「濃縮溶液の浸透圧と完全溶液の法則」。 アメリカ化学会誌 . 30 (5):668–683. doi:10.1021/ja01947a002
- ヴォート、ドナルド。ジュディス・アーディル;シャーロット・W・プラット（2001）。 生化学の基礎 （改訂版）。ニューヨーク:ワイリー。 ISBN 978-0-471-41759-0.
