Осмотичний тиск

Осмоти́чний ти́ск (або дифу́зний ти́ск) — термодинамічний параметр, що характеризує прагнення розчину понизити свою концентрацію при зіткненні з чистим розчинником внаслідок зустрічної дифузії молекул розчинника та розчиненої речовини.

Загальний опис

Якщо розчин відділений від чистого розчинника напівпроникною мембраною, то можлива лише одностороння дифузія — осмотичне всмоктування розчинника крізь мембрану в розчин. У цьому випадку осмотичний тиск стає доступною для прямого вимірювання величиною, що дорівнює надлишковому тиску, що треба прикласти з боку розчину для вирівнювання кількості розчинника з обох боків напівпроникної мембрани при осмотичній рівновазі. Осмотичний тиск зумовлений зниженням хімічного потенціалу розчинника в присутності розчиненої речовини.

Тенденція системи вирівнювати хімічні потенціали у всіх частинах свого об'єму та переходити до стану з нижчим рівнем вільної енергії викликає осмотичне (дифузійний) перенесення речовин.

Осмотичний тиск в ідеальних та сильно розбавлених розчинах не залежить від природи розчинника та розчинених речовин; при постійній температурі він визначається тільки числом «кінетичних елементів» — іонів, молекул, асоціатів або колоїдних часток — в одиниці об'єму розчину.

Перші вимірювання осмотичного тиску провів В. Пфефер у 1877 році, досліджуючи водні розчини тростинного цукру. Його результати дозволили Я. Г. Вант-Гоффу встановити (у 1887 р.) залежність осмотичного тиску від концентрації розчиненої речовини, яка збігається за формою з законом Бойля-Маріотта для ідеальних газів. Виявилось, що осмотичний тиск чисельно дорівнює тиску, який би чинила розчинена речовина, якщо б вона при цій температурі знаходилось в стані ідеального газу та займала об'єм, що дорівнює об'єму розчину.

Для дуже розбавлених розчинів недисоціюючих речовин знайдена закономірність, що досить точно описується рівнянням:

pV=\nu RT\,

де $\nu \,$ — число молей речовини в розчині об'єму V; R — універсальна газова стала; Т — абсолютна температура (в Кельвінах), p — величина осмотичного тиску.

У випадку дисоціації речовини в розчині на іони в праву частину рівняння вводиться множник і > 1, що називається коефіцієнтом Вант-Гоффа і відповідає кількості кінетично-активних елементів в розчині; при асоціації розчиненої речовини і < 1. Так, наприклад, хлорид кальцію CaCl₂ при розчиненні дисоціює на три іони, тож для обчислення кількості осмотично-активних кінетичних елементів (в молях) кількість цієї речовини треба помножити на три; отже в цьому випадку і = 3.

Осмотичний тиск реального розчину ( $p'$ ) завжди менший, ніж ідеального (p«), причому відношення р' / р» = g, що називається осмотичним коефіцієнтом, зростає при збільшенні концентрації.

Розчини з однаковим осмотичним тиском називаються ізотонічними або ізоосмотичними. Так, різноманітні кровозамінники та фізіологічні розчини ізотонічні відносно серединних рідин організму. Для всіх хребетних тварин (в тому числі і людини) ізотонічним відносно рідин їхнього організму є 0,9 % розчин солі (NaCl) у воді.

Якщо один розчин порівняно з іншим має вищий осмотичний тиск, його називають гіпертонічним, а якщо нижчий осмотичний тиск — гіпотонічним.