Ώσμωση: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Φέρονται σε επαφή (βλέπε σχήμα), μέσω ημιπερατής μεμβράνης, ένα υδατικό διάλυμα κάποιας χημικής ένωσης (π.χ. ζάχαρης) συγκέντρωσης C<ref>Ως συγκέντρωση C εννοείται η μοριακότητα κατ' όγκο (Molarity) που εκφράζει τα moles διαλυμένης ουσίας σε 1 L διαλύματος (mol/L)</ref> και καθαρός διαλύτης (που θεωρούμε ότι έχει συγκέντρωση σε διαλυμένη ουσία C=0)<ref>Το φαινόμενο της ώσμωσης λειτουργεί με οποιονδήποτε διαλύτη, με το νερό όμως ως διαλύτη είναι πολύ πιο σημαντικό και συνηθισμένο</ref> (νερό). Αρχικά η ταχύτητα μετακίνησης (υ₁) των μορίων του νερού από τον καθαρό διαλύτη προς το διάλυμα είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα μετακίνησης (υ₂) των μορίων του νερού από το διάλυμα προς τον καθαρό διαλύτη. Δηλαδή αρχικά είναι υ₁ > υ₂. Έτσι, ο όγκος του διαλύματος αυξάνεται, οπότε παρατηρείται ανύψωση της στάθμης του διαλύματος μέσα στο δεξιό τμήμα του δοχείου. Το φαινόμενο της ώσμωσης θα συνεχιστεί με σκοπό να εξισωθούν οι συγκεντρώσεις από τις δύο πλευρές της ημιπερατής μεμβράνης. Αυτό όμως δε μπορεί να συμβεί, διότι ο καθαρός διαλύτης δεν περιέχει διαλυμένη ουσία.

Για την καλύτερη εξήγηση διέλευσης του νερού από την πλευρά που αυτό είναι καθαρό ή βρίσκεται σε διάλυμα μικρότερης συγκέντρωσης προς την πλευρά του διαλύματος μεγαλύτερης συγκέντρωσης, θα θεωρήσουμε ότι η ποσότητα του καθαρού νερού αλλά και του νερού ως διαλύτη στο διάλυμα είναι 1 &nbsp;mol<ref>Αν δεν είναι 1 mol, τότε οι διάφοροι όροι της μορφής RTlnN γίνονται nRTlnN όπου n ο αριθμός moles.</ref> και θα ονομάσουμε :

* N_B = το γραμμομοριακό κλάσμα <ref name=N> N_B = n_B/(n_B + N} όπου n_B = τα moles του διαλύτη στο διάλυμα και n = τα moles της διαλυμένης ουσίας. Όπως είναι φανερό ισχύει N_B < 1</ref> του διαλύτη στο διάλυμα (πλευρά Β). Ο όρος ln υποδηλώνει το νεπέρειο λογάριθμο.

όπου τα σύμβολα είναι τα ίδια με του χημικού δυναμικού.<br />

<div style='text-align: center;'> ΔS_mix = - R(n_BlnN_B + nlnN) <ref name=N/> </div>

'''1) Αραιά μοριακά διαλύματα'''<br />

Για τα αραιά μοριακά διαλύματα θα ισχύει ο '''νόμος του van't Hoff'''<ref>Η ωσμωτική πίεση για διάλυμα που χωρίζεται από τον καθαρό διαλύτη με ημιπερατή μεμβράνη προκύπτει από τη σχέση : ΠV_A = -RTlnα_A όπου V_A είναι ο μερικός γραμμομοριακός όγκος του διαλύτη και α_Α η ενεργότητά του. Για ιδανικά διαλύματα η εξίσωση παίρνει τη μορφή Π = CRT όπου C η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας. </ref> (σε διάφορες μορφές) :

'''2) Πυκνά μοριακά διαλύματα'''<br />

θα είναι i = x + y. Έτσι π.χ. για το Ca₃(PO₄)₂ → 3Ca⁺² + 2PO₄^-3−3 θα είναι i = 3 + 2 = 5.

Η ωσμωτική πίεση υδατικών και μη διαλυμάτων μετριέται με συσκευές που λέγονται ωσμώμετρα. Το πρώτο ωσμώμετρο κατασκευάστηκε το 1828 από το Γάλλο φυσιολόγο Henri Dutrochet και δεν παρείχε ακριβείς μετρήσεις αλλά απλά μια επίδειξη της ώσμωσης. Ο Pfeffer κατασκεύασε το 1877 και χρησιμοποίησε για μετρήσεις ακριβείας, ωσμώμετρο που και σήμερα βρίσκει ακόμη εφαρμογή για μετρήσεις μικρών σχετικά ωσμωτικών πιέσεων : Το ωσμώμετρο Pfeffer αποτελείται από το πορώδες διάφραγμα Α και από υδραργυρικό μανόμετρο Β. Το κύτταρο που περιέχει το διάλυμα προς μελέτη τοποθετείται στο δοχείο Γ. Λόγω της ώσμωσης, ο διαλύτης εισέρχεται στο κύτταρο, οπότε η διαφορά στάθμης που δημιουργείται στο μανομετρικό σωλήνα δίνει την ωσμωτική πίεση του διαλύματος τη στιγμή αποκατάστασης ισορροπίας (σφού έχει εισέλθει ο διαλύτης) και όχι την ωσμωτική πίεση του αρχικού διαλύματος. Αν όμως παρεμποδίσουμε την είσοδο διαλύτη με προσθήκη υδραργύρου στο αριστερό σκέλος του μανόμετρου, τότε η διαφορά στάθμης που δημιουργείται θα δίνει την ωσμωτική πίεση του αρχικού διαλύματος. Η ωσμωτική πίεση σε KPa θα είναι Π = d.g.h όπου d = πυκνότητα υδραργύρου = 13,6 g/mL,</sup> g = βαρυτική επιτάχυνση = 9,81 &nbsp;m/s² και h = το ύψος της στήλης υδραργύρου (m). Με διαίρεση με το 100 προκύπτει η Π σε Atm π.χ αν το ύψος h = 0.1 m τότε : Π = 13,6 × 9,81 × 0,1 = 13,3 KPa ή 0,133 Atm.<br />

Οι ημιπερατές μεμβράνες, που ονομάζονται και ''ωσμωτικά διαφράγματα'', επιτρέπουν τη δίοδο των μορίων του διαλύτη όχι όμως και των μορίων ή ιόντων της διαλυμένης ουσίας. Οι πόροι των μεμβρανών αυτών είναι γενικά μικρότεροι των 250 &nbsp;nm (250.10^-9−9 m). Πολλές φυσικές, ιδίως ζωικές, μεμβράνες (κύστεις) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ημιπερατές μεμβράνες. Πολύ καλές μεμβράνες είναι είναι επίσης πορώδεις πλάκες που περιέχουν στους πόρους τους δυσδιάλυτα άλατα.<br />

* Μη διογκωμένα υλικά όπως π.χ. τα περισσότερα δυσδιάλυτα σύμπλοκα άλατα όπως είναι ο σιδηροκυανιούχος χαλκός, Cu₂[Fe{(CN)₆], όταν βρίσκονται στους πόρους πορωδών δοχείων, το ωσμωτικό διάφραγμα Traube κ.ά.