Диффузия и осмос Диффузия- это самопроизвольный процесс выравнивания

Диффузия и осмос

Диффузия- это самопроизвольный процесс выравнивания концентрации, идущий из раствора с большей концентрации растворённых веществ в раствор с меньшей их концентрацией. Это явление обусловлено хаотическим тепловым движением молекул и ионов, находящихся в растворе. Диффузия-самопроизвольный процесс, в результате которого: энтропия повышается; величина химического потенциала понижается. Диффузия прекращается тогда, когда происходит полное выравнивание концентрации по всему объёму раствора.

Энштейн и независимо от него М.Смолуховский вывели следующее уравнение для коэффициента диффузии:

Скорость диффузии зависит от различных Скорость диффузии вещества пропорциональна площади поверхности, через которую переносится вещество, и градиенту концентрации этого вещества:

Из приведённых уравнений следует, что скорость диффузии возрастает с повышением температуры; увеличение градиента концентрации; понижением вязкости растворителя; уменьшением размера диффундирующих частиц; увеличением площади соприкосновения растворов.

Биологическая роль диффузии Явление диффузии широко представлено в окружающем нас мире, например: перемещение питательных веществ и продуктов обмена в тканевых жидкостях; насыщение крови кислородом в лёгких.(Площадь поверхности альвеол составляет около 80 кв.м., кислород активно растворяется в плазме и переходит в эритроциты. При этом концентрация кислорода в венозной крови приближается к нулю, градиент концентрации кислорода между атмосферой и кровью очень большой,что приводит к активному поглощению кислорода (закон Фика).

Коллигативные свойства растворов.Осмос Многие свойства растворов зависят не только от концентрации растворённого в нём вещества, но и от природы этого вещества(например, плотность раствора). Однако, некоторые физические свойства растворов зависят только от концентрации частиц растворённого вещества и не зависят от индивидуальных свойств этого вещества. Эти свойства называются коллигативными. К ним относится осмотическое давление, понижение давление пара, повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания.

Осмос. Закон Вант - гоффа Если на пути диффундирующих частиц поставить полупроницаемую мембрану, начнётся односторонняя диффузия, в результате которой будет происходить самопроизвольный процесс перехода молекул воды из раствора с меньшей концентрацией растворённых частиц в раствор с большей их концентрацией. Осмос- преимущественно одностороннее проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией растворённых частиц.

Виды полупронмцаемых мембран Естественные: животного происхождения(мембраны клеток, кожа, пергамент); растительного происхождения(мембраны растительных клеток). Искусственные(целлофан, коллодий, некоторые химические вещества).

осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа С точки зрения термодинамики движущей силой осмоса является стремление системы к выравниванию концентрации, т.к. при этом происходит увеличение энтропии и уменьшение энергии Гиббса, поэтому осмос - самопроизвольный процесс. Давление,которое необходимо создать, чтобы остановить осмос,называется осмотическим давлением. Осмотическое давление является мерой стремления растворённого вещества перейти в процесс диффузии из раствора в чистый растворитель и равномерно распределиться по всему объёму системы.

Осмос

Закон Вант-Гоффа (1887 г.) Осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое производило бы растворённое вещество, если бы оно находилось в газообразном состоянии при той же температуре и занимала бы тот же объём. Используя закон Менделеева-Клайперона pV=nRT или n/V=C(молярная концентрация) Р(осм.)= СRT

Если полупроницаемой мембраной разделены два раствора с одинаковым осмотическим давлением, проникновение растворителя через полупроницаемую мембрану не происходит. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Раствор, обладающий меньшим осмотическим давлением, чем другой, сравниваемый с ним раствор, называется гипотоническим. Если осмотическое давление одного раствора больше осмотического давления другого раствора, взятого за стандарт,то такой раствор называется гипертоническим.

Закон Вант-Гоффа для растворов электролитов Исходя из закона Вант-Гоффа можно предположить,что растворы самых разнообразных веществ с одинаковой молярной концентрацией должны быть изотоничны. Однако оказалось, что величина осмотического давления для электролитов и неэлектролитов одинаковой концентрации, неодинакова. Эта величина всегда больше для электролитов.

Данный факт можно объяснить тем, что растворы электролитов содержат большее число частиц(ионы и недиссоциированные молекулы). Поэтому, чтобы использовать законы идеальных растворов для количественного описания коллигативных свойств растворов, Вант-Гофф ввёл в уравнение поправочный коэффициент, который был назван изотоническим коэффициентом(i): i= Δ T(зам.эл) = Δ T(кип.эл) = Р(осм.эл) = N(эл) Δ Т(зам.неэл) Δ Т(к.неэл) Р(ос.неэл) N(неэл)

Закон Вант-Гоффа для растворов электролитов Р(осм)эл.= iCRT Количественной характеристикой диссоциации является степень диссоциации,поэтому она должна быть связана с изотоническим коэффициентом. Если допустить,что общее число частиц в растворе =N, тогда n-число продиссоциированных молекул, а (N-n)-число непродиссоциированных молекул.

Если за m обозначить число ионов, образующихся при диссоциации 1 моль электролита, тогда mn- общее число ионов в растворе электролита. Следовательно,общее число частиц в растворе электролита, можно определить как сумму (N-n)+mn,тогда: i= N(эл) = (N-n)+mn =N+n(m-1)= N(неэл) N N i=1+ (m- 1)

Биологическая роль осмоса Осмос играет огромную роль в биологических процессах,происходящих в организме животных и растений. Живая(растительная и животная) клетка окружена полупроницаемой мембраной,поэтому при соприкосновении растительной клетки с почвенным раствором,происходит осмос и проникающая в клетку вода создаёт в ней давление, которое придаёт клетке упругость и определяет напряжение(тургор).что позволяет растениям сохранять вертикальное положение.

Биологическая роль осмоса Если клетки отмирают, то осмос прекращается, давление в клетках падает и растение увядает. Если клетку(растительную или животную) поместить в дист.воду или менее концентрированный раствор, то вода устремится в клетку, клетка набухнет, что может привести к разрыву оболочки клетки.Такое разрушение клетки называется лизисом. В случае эритроцитов этот процесс называется гемолизом.

Биологическая роль осмоса При помещении клетки в гипертонический раствор вода из клетки переходит в более концентрированный раствор, клетка сморщивается. Это явление называется плазмолизом. Биологические жидкости(кровь,лимфа,тканевые жидкости) представляют собой водные растворы,содержащие как НМС(NaCl,KCl,CaCl2 и др),так и ВМс(белки,полисахариды,форменные элементы). Их суммарным действием определяется осмотическое давление биологических жидкостей.

Плазмолиз растительной клетки

Биологическая роль осмоса Осмотическое давление крови(t=37)составляет 7,7атм. Такое же давление создаёт 0,9% раствор NaCl(0,15 моль/л и 4,5-5,0% раствор глюкозы.ЭТИ РАСТВОРЫ ИЗОТОНИЧНЫ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА и называются физиологическими. Осмотическое давление высокоорганизованных животных и человека поддерживается на постоянном уровне(изоосмия).Явление изоосмии обусловлено работой органов выделения(почки, кожа) и органов,которыеспособны депонировать воду(печень,подкожная жировая клетчатка).

Биологическая роль осмоса Из общего осмотического давления крови(7,7атм) выделяют онкотическое давление,которое обусловлено присутствием в крови ВМС(0,02атм). Онкотическое давление: Определяет постоянство объёма плазмы, меж- и внутриклеточной жидкости; От его величины зависит перемещение жидкости на уровне капилляр-ткань-межклеточная жидкость-клетка и обратно. Способствует образованию лимфы.

Осмотическому давлению крови человека отвечает осмомолярная концентрация растворённых в плазме неорганических и органических веществ и составляет 0,303моль/л. Явление осмоса широко используется в медицинской практике: Физиологические растворы используют в качестве кровезаменителей; во время операций( органы помещают в физ.раствор для предохранения их от высыхания); В хирургии используют гипертонические растворы((гипертонические повязки).

В медицинской практике часто используют слабительные средства-МgSO4*7H2O(горькая соль), Na2SO4*10H2O(глауберова соль), тиосульфат натрия. Применение основано на плохом всасывании в желудочно-кишечном тракте, в результате чего в просвет кишечника поступает большое количество воды. Гипертонические растворы в небольших количествах используются при глаукоме(вводят в/в, чтобы уменьшить избыточное количество влаги в передней камере глаза и тем самым уменьшить глазное давление).

Давление пара над раствором. Законы рауля ……………….. Пар ……………….. Жидкость В результате естественного процесса испарения над жидкостью образуется пар, давление которого можно определить с помощью манометра. Эндотермический процесс испарения обратим: одновременно с ним протекает экзотермический процесс конденсации. При определённых условиях устанавливается равновесие.

Равновесное состояние системы жидкость- пар при данной температуре характеризуется давлением насыщенного пара. Эта величина для чистого растворителя есть величина постоянная и является термодинамической характеристикой растворителя. Если в равновесную систему жидкость- пар введено нелетучее вещество, то его переход в паровую фазу исключён. В результате этого концентрация растворителя уменьшается, его мольная доля становится меньше 1, а это вызовет нарушение равновесия жидкость- пар. В соответствие с принципом Ле- Шателье начнёт протекать процесс, стремящийся ослабить влияние воздействия,т.е. конденсация пара. А это означает снижение давления пара.