Осмотическое давление

Под осмосом (от греческого слова osmos - толчок, давление) принято понимать явление переноса растворителя через полупроницаемые мембраны, которые пропускают отдельные молекулы растворителя, но препятствуют при этом прохождению растворенных ионов. В применении к двум объемам морской воды с разными соленостями эго явление означает, что через мембрану из раствора с меньшей соленостью в раствор с большей соленостью будет переходить больше молекул воды, чем в обратном направлении. Равновесие при одинаковой температуре растворов наступит только в том случае, когда химические потенциалы чистой воды ц(р,Т) по обе стороны мембраны сравняются. Этого можно достичь, если давление в ограниченном объеме, который имеет более высокую соленость и пополняется через мембрану, будет выше, нежели в объеме с меньшей соленостью. Разность давлений, при которой наступает равновесие химических потенциалов чистой воды по обе стороны мембраны, и называется осмотическим даалением.

Осмотическое давление в общем виде для разбавленных растворов подчиняется закону Вант-Гоффа:

где Дс - разность молярных концентраций солей по обе стороны мембраны, моль м3; R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж-моль '-К); Т - абсолютная температура, К; Р - осмотическое давление, Па.

Прямые измерения осмотического давления для морской воды весьма затруднены, поэтому обычно используются эмпирические связи между гак называемыми колпигативными свойствами. Под коллигативными свойствами растворов понимают понижение температуры их замерзания и давления насыщенного пара над ними, повышение температуры кипения и осмотическое давление. С точки зрения термодинамики, каждое из этих свойств водного раствора зависит от концентрации растворенных веществ в воде и не зависит от специфических химических характеристик. Обычно это приближение справедливо для идеальных разбавленных растворов, к которым в большинстве случаев можно отнести и морскую воду. Поскольку все коллигативные свойства связаны с концентрацией растворенных веществ, появляется возможность эмпирически выразить зависимость одного свойства через другое, более точно измеряемое.

Стениус в 1904 г. эмпирическим путем установил, что осмотическое давление в морской воде тесно связано с величиной понижения температуры замерзания при увеличении солености (3.19.3). Соотношение между осмотическим давлением Р0 при 0° С в атмосферах и температурой замерзания Tf [Krummcl, 1907]:

В этой формуле осмотическое давление рассчитывается как разность давлений между раствором с соленостью S, имеющем температуру замерзания Tf и водой с нулевой соленостью, у которой температура замерзания равна 0° С. Если температуры раствора отлична от 0° С, то осмотическое давление Рт (Т-абсолютная температура, К) можно выразить следующей формулой:

Различия в величинах осмотического давления, полученных по эмпирической формуле (3.17.3) и теоретическому соотношению (3.17.1), не превышают 1 атмосферы [Попов, Федоров, Орлов, 1979], но эмпирическая формула более удобна для практического использования. Если перейти от давления в атмосферах к давлению в барах (1 атм =

101325 Па = 1,01325 бар) и выразить величину Tf в соответствии с полиномом (3.19.3), то выражение для осмотического давления Р0 (бар) как функции температуры (°К), солености и внешнего давления р (бар) примет вид:

Для практической солености S=35 и внешнего давления р=1 атм осмотическое давление достигает 24,2 бар при температуре 278°К (5°С) и 26,7 бар при температуре 35°С. Для сравнения, осмотическое давление кровяной плазмы человека составляет 7,7 бар, что для температуры 36,6° соответствует S=10,4 Величина Р почти линейно возрастает с увеличением солености - примерно на 0,7 бар на каждую единицу практической солености (рис 3.17.1).

Несколько более сложную зависимость осмотического давления от температуры и солености при атмосферном внешнем давлении приводит в своей работе Миллеро [1983] Вместо линейной зависимости величины Р от температуры Т в формуле (3.17.4) автор предложил квадратичную, хотя результат при этом изменился менее чем на 0,4 бар

Рис. 3.17.1 Зависимости ь осмотического давления морской воды от солености при различных температурах и внешнем атмосферном давлении.

Осмотическое давление играет важнейшую роль в физиологии, определяя перенос воды и растворенных веществ через биологические мембраны. В частности, если пресноводную лягушку поместить в океанскую воду, то она вскоре потеряет примерно пятую часть своего веса из-за меньшей концентрации соли внутри организма. С другой стороны, морские животные, попавшие в пресную воду, набирают избыток внутриклеточной жидкости, клетки при этом распухают и лопаются. Это явление называется лизисом Автолизиоуюший Фермент вырабатывается при нересте у некоторых проходных рыб, что ведет к быстрому разложению их тканей после гибели н способствует ускорению поступления в воду органических веществ, необходимых для развития икры [Цыцарин, 1988].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >