当前课程知识点：大学化学 > 第二章 物质的聚集状态与溶液的性质 > 2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压 > Video
同学们好
下面我们继续
非电解质稀溶液的
依数性学习
今天要跟大家介绍的
是溶液的渗透压
在了解渗透压之前
我们先跟大家介绍一种
特殊的物质结构
这种结构在化学上
我们称为半透膜
在半透膜当中
有许许多多的通道
这些通道的大小
是只允许水分子通过
而其他的离子或分子
都不能够通过
半透膜中间的通道
如果我们把
纯水与盛有蔗糖溶液的溶剂
中间用半透膜分开
在初期两者处在
相同的压力条件下
它们的液面
是处在同一个水平状态
随着时间的推移
我们就会发现
在外界气压没有变化的情况下
纯水一端的液面
在逐渐地降低
而蔗糖溶液一端的液面
在逐渐地升高
两者液面之间的液面差
会逐渐的处在一个
不断被拉大的过程
那么此时
如果我们要保证
两者液面还回到初期
两个液面相同的
这样一个状态
我们就必须得人为的
增加一个压力
我们所增加的这个压力部分
我们用大写的Π来表示
对于纯水和蔗糖溶液
处在半透膜两端
所需要增加的
这样一个附加的压力
就是蔗糖溶液
对于纯溶剂的渗透压
关于渗透压的研究
最初由荷兰化学家范德霍夫
提出了渗透压的理论方程
渗透压与温度
和浓度之间的关系
在我们现在看来
非常类似于
我们在理想气体方程当中
所看到的
理想气体的状态方程
不同的是
这里用渗透压大写的Π
代替了我们理想气体
体系当中的压力p
而这里呢
由于我们的摩尔数
与我们溶液的体积之间的关系
我们可以用已知熟悉的
体积摩尔浓度来表述
所以
看起来它会给我们
与理想气体状态方程
有所差异
而这样的写法
更有利于我们了解
溶液的浓度
与它的物理性质之间的关系
在这样一个方程当中
我们的R值
和我们的温度体系的选择
和理想气体状态方程
完全一样
再一次跟大家强调的是
温度一定要取Kelvin温度
而不是摄氏温度
或华氏温度
有了范德霍夫方程
人们就开始了解了
处在半透膜两端的
纯水和水的溶液
它们在外界环境
稳定的情况下
怎么样能够形成
由于自身的物理性质的不同
而导致的压力的变化
这里我们可以来看
一个典型的实验
我们把装满蔗糖溶液的半透膜
浸入到盛满纯水的大烧杯当中
由于半透膜的阻隔
分离了蔗糖溶液和纯溶剂
两侧就会产生渗透压
根据前边范德霍夫公式
我们可以计算出
不同的蔗糖溶液
能够维持的
液柱的最高的高度
但这个并不是本实验的目的
本实验希望大家所关注的
是在液面升高到
一定的高度h以后
会发生什么现象
细心的同学
可能已经给出了答案
那就是蔗糖溶液
会越过最高的高度h
然后再滴落到
我们的容器当中
那么这个现象
似乎预示着蔗糖溶液
在体系没有得到
外界的温度、压力
或能量供给的条件下
就从低势能的位置
搬运到了高势能的位置
同学们也许会问
难道不成
是新的永动机出现了吗
答案当然是否定的
但是为什么
我们的蔗糖溶液
和纯水之间
增加了半透膜的阻隔以后
蔗糖溶液就可以
在不借助外界能量的情况下
从低势能位置
而搬到高势能位置
要理解这个过程
我们还要看例题的解析
在刚才的实验当中
我们假设
半透膜的容量为500mL
蔗糖溶液的初始浓度
仅为0.01mol/L
当我们把半透膜浸于
纯水的容器当中的时候
发生了这些有趣的现象
它的道理在哪里呢
首先渗透压有多大
同学们关心的渗透压
我们可以从
范德霍夫方程
来直接进行数学的解析
我们把已知的摩尔浓度
注意哦
这里是体积摩尔浓度
还有Kelvin温度
气体普适常数
代入以后
我们算出来的
初始的渗透压
可以达到24.8kPa
如果同学们
对于这样一个压力
还缺乏直观的认识的话
我们可以换一个角度
看一看
这样大的渗透压
可以维持多么高的
水柱的高度
我们把水的相关参数代入
会惊奇的发现
仅仅只有0.01mol/L的
蔗糖溶液
就可以维持
2.53m的水柱的高度
这也就是意味着
在半透膜的两端
纯水和蔗糖溶液之间
可以产生相当大的压力
这个压力
就是我们的渗透压
其次
在刚才的实验过程当中
我们如果把实验中
我们的液面的上升的高度
暂定为15公分
在蔗糖水为0.01mol/L的情况下
我们算出来
可以维持的液面高度
会达到2.53m
那么由于我们的液面的高度
仅仅在上升15公分以后
就会产生向下的移动
这样我们就可以
利用渗透压的差来搬运
我们的半透膜当中的蔗糖水
刚才的实验当中我们看到了
蔗糖水随着时间的推移
在一滴一滴的
滴入到我们的容器当中
而滴入的这样一个速度
和滴入的时间
我们进行剖析
最后发现
当半透膜当中
蔗糖水的浓度达到
0.0006mol/L的浓度时
我们的渗透压
可以维持在15cm
这样一个高度
得到新的平衡
也就是说
初始我们是0.01mol/L的浓度
当我们的蔗糖水的浓度
达到
0.0006mol/L的时候
蔗糖水将不会再继续的
从我们的半透膜当中
通过这样一个高度
滴入到我们的容器当中
进一步的分析
我们来回答
同学们刚才的疑问
蔗糖水
在没有外界供给能量的情况下
能够越过15公分的高度
滴入到新的容器当中
它的动力能源
来源于哪里
难道是永动机出现了吗
回答当然是否定的
那么它的能源
或者是动力的来源
到底在哪里呢
分析我们刚才的计算过程
我们不难发现
就在于初始的
半透膜当中的蔗糖浓度
和我们终态的半透膜当中
蔗糖水的浓度的变化
两者之间的差值
是0.0094mol/L
终态和始态之间的浓度差
就是能够搬运蔗糖溶液
使其从半透膜当中
越过15公分的高度
流入我们最终的
容器当中的动力
我们刚才可以看到
当浓度达到0.0006的时候
这样的一个过程
又达到了新的平衡
搬运的过程也就终止了
所以通过半透膜
来使蔗糖溶液
从一个低的位置
转移到高的位置
这样一个
能量的变化过程
它的动力的来源
实际上是溶液当中
本身的浓度的差异
所以在溶液体系当中
浓度的差异
就是整个体系
能量的直接来源
有关这一部分的话题
我们在后续
学习浓差电池
学习其它的相关过程当中
我们还会跟大家
进一步的分享
有关的知识内容
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-1.2 化学体系的建立
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
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-无机元素化学-p区元素
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
