Химическая энциклопедия

ОСМОС (от греч. -толчок, давление), самопроизвольный перенос в-ва через полупроницаемую мембрану, разделяющую два р-ра разл. концентрации или чистый р-ритель и р-р. Наиб. часто происходит переход р-рителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенное в-во. Самопроизвольный массоперенос возникает в результате того, что хим. потенциал р-рителя уменьшается при увеличении концентрации растворенного в-ва.

Рассмотрим два объема и бинарного р-ра (см. рис.), разделенных полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы р-рителя (компонент 1) и не пропускающей молекулы растворенного в-ва (компонент 2). Если т-ра T и давление р по обе стороны перегородки одинаковы (Т= Т, ), а молярные доли различны ( ), то (Т, р, ) >(Т, р,). Для идеальных или сильно разбавленных реальных р-ров, где -хим. потенциал чистого р-рителя, R-газовая постоянная. При система термодинамически неравновесна и, следовательно, имеет место переход компонента 1 из объемав объем до тех пор, пока его молярные доли в обоих объемах не станут одинаковыми. Для того чтобы предотвратить массоперенос и выравнивание концентраций и сохранить первонач. состав обоих р-ров, необходимо выравнить хим. потенциалы компонента 1 по обе стороны перегородки изменением внеш. условий (т-ры, давления, внеш. электрич. поля, если речь идет о р-рах электролитов). В изотермич. условиях для сохранения состава фаз необходимо изменить давление на один из р-ров. Из термодинамики известно, что

где -парциальный молярный объем р-рителя. Для идеальных или предельно разбавленных реальных р-ров , где -молярный объем чистого р-рителя. Знак производной положительный и при увеличении давления, приложенного к р-ру , хим. потенциал р-рителя будет возрастать. Дополнит. давление , к-рое надо приложить к р-ру для того, чтобы предотвратить поступление в него р-рителя через полупроницаемую мембрану из р-ра , наз. осмотич. давлением. При давлении система находится в термодинамически равновесном состоянии:

Если , равновесие нарушается и имеет место перенос р-рителя из более концентрир. р-ра в менее концентрированный. Это явление получило назв. обратного осмоса; оно находит широкое практич. применение в мембранных процессах разделения в-в.

Для идеальных р-ров зависимость осмотич. давления от состава выражается ур-нием:

где -парциальные давления р-рителя в фазах и . Если фаза представляет собой чистый р-ритель, т.е. , то ; ур-ние принимает вид, известный как ур-ние Ван Лаара:

Из него следует, что осмотич. давление р-ра пропорционально ln x₁. Этой же величине пропорциональны понижение т-ры замерзания и повышение т-ры кипения идеальных р-ров (см. Рауля закон ), что свидетельствует о связи этих явлений с О.

Если концентрация растворенного в-ва мала, зависимость осмотич. давления от его молярной концентрации с₂ выражается ур-нием Вант-Гоффа:

Это ур-ние обычно используют для расчета осмотич. давления бинарных р-ров недиссоциирующих в-в. Однако лучшее совпадение расчетных значений с экспериментальными в широкой концентрац. области дает ур-ние Ван Лаара (см. табл.). О методах и технике измерения осмотич. давления см. Осмометрия .