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1、3-5 溶液的渗透压,1,溶液的渗透压,3-5,生物体中，细胞膜、膀胱壁、肠壁 等许多薄膜对于物质的通过具有选择性，有些物质可以通过，有些物质则不能通过，这类薄膜称为半透膜（semipermeable membrane）。在此节中，我们提及的半透膜，都是指只允许溶剂（如水）通过的半透膜。,3-5.1 渗透作用及渗透压3-5.2 逆渗透,溶液的渗透压,3-5,学习目标：,了解渗透压的意义、计算及应用。了解逆渗透的意义及应用。,溶液的渗透压,3-5,以半透膜包紧一蓟头漏斗口，在漏斗内放稀糖水，倒置于装有纯水的烧杯中，并使内、外液面等高；一段时间后，糖水的液面逐渐升高，烧杯中纯水的液面则逐渐下降；,
2、最后，两液面的高度差维持不变。此种溶剂由纯溶剂（或较稀薄溶液）通过半透膜，净流向较浓溶液的现象称为渗透作用（osmosis）。,渗透作用及渗透压,3-5.1,从上述实验结果看来，水只经由半透膜单向流入糖水中，事实上，两边的水分子都可通过半透膜。不过，在相同时间内，由纯水穿透到稀糖水的水分子较由稀糖水穿透到纯水的水分子多，,因此漏斗内糖水中的水分子增多，故糖水的液面逐渐升高。随着液面高度差增大，其产生的压力也渐增，因而净流入糖水的水分子数渐减。直到净流入糖水的水分子数为零时，液面的高度差就不再改变，此高度差所呈现的压力，即为该糖水的渗透压。,渗透作用及渗透压,3-5.1,若由外界施此压力，亦可阻
3、止水分子由纯水进入该糖水。也就是说， 溶液的渗透压就是欲阻止水分子经半透膜，由纯水流入该溶液所需施加的压力。,因此漏斗内糖水中的水分子增多，故糖水的液面逐渐升高。随着液面高度差增大，其产生的压力也渐增，因而净流入糖水的水分子数渐减。直到净流入糖水的水分子数为零时，液面的高度差就不再改变，此高度差所呈现的压力，即为该糖水的渗透压。,渗透作用及渗透压,3-5.1,溶液的渗透压亦可由以下实验求得：以半透膜将一个固定体积的容器，隔成同体积的两个区域，并装上压力计及活塞，如左图。,在有压力计及活塞的一侧装入欲测定渗透压的溶液，另一侧放入纯水。于活塞上施加压力，使其恰可阻止渗透作用发生，亦即保持溶液的体积
4、固定不变，此时所施加的压力就是该溶液的渗透压，可由压力计读出。,半透膜,渗透作用及渗透压,3-5.1,荷兰科学家凡特何夫（J. H. vant Hoff）发现， 含非电解质的稀薄溶液之渗透压（）与溶质的摩尔数（n）及绝对温度（T）成正比，而与溶液的体积（V） 成反比，但与溶质及溶剂的种类均无关。其关系式与理想气体方程式相似：称为凡特何夫方程式。可改写为：,比例常数也等于理想气体常数 R即 0.082 atm L mol1 K1,渗透作用及渗透压,3-5.1,凡特何夫方程式：,CM 为溶液的体积摩尔浓度，利用此关系式，可经由测定溶液的渗透压，求得溶质的分子量，常用于测定聚合物的平均分子量。,渗透
5、作用及渗透压,3-5.1,渗透作用对生物极为重要，藉由渗透，生物组织得以输送水分、养分或排除废物。例如：,溶解在树液内的物质，使得树液的浓度比树木周遭地下水的浓度高，因此水分通过树根的细胞膜，进入树木内部；医院在为病人静脉注射时，必须将注射液的浓度调整至其渗透压与血液的渗透压相近（约 7.7 atm）， 否则血球会胀破或萎缩。在日常生活，也常利用渗透原理来保存食物，如腌渍咸菜、蜜饯等。,细胞在与体液浓度相同的等渗透压溶液中，水分由外向内的穿透速率与由内向外之穿透速率相等。因此，细胞可正常存在于体液中。,在低渗透压溶液中，细胞外的溶液之浓度小于细胞内部，水分由外向内的穿透速率大于由内向外之穿透速
6、率，以致细胞膨胀，甚至胀裂。,在高渗透压溶液中，细胞外的溶液之浓度大于细胞内部，水分由外向内的穿透速率小于由内向外之穿透速率，导致细胞脱水而干瘪，甚至死亡。,渗透作用及渗透压,3-5.1,27 时，将 34.2 毫克蔗糖（分子量342）溶于水中，配成 100 毫升溶液，其渗透压为何？相当于多少厘米水柱高？,解答,将数据代入凡特何夫方程式,故此溶液的渗透压为 0.0246 atm又 1 atm13.6761033.6（cmH2O）可得 0.02461033.625.4（cmH2O），故相当于 25.4 厘米水柱高。,范例 3-15,12,选修化学(上),4 时，将 1.0 克的某非电解质高分子化
7、合物溶于水中，配成 200.0 毫升溶液。将此溶液与纯水分别装于中央有半透膜,分隔的 U 形管两侧，如右图(A)。达平衡时，液面的高度差为 2.6 厘米，如右图(B)，则此高分子化合物之分子量为何？(A) 4.5104 (B) 4.5105 (C) 4.5106 (D) 4.5107 (E) 4.5108,练习题 3-15,13,选修化学(上),解答,设高分子化合物的分子量为 x，由 VnRT,解得 x4.5104,答：(A),练习题 3-15,14,选修化学(上),若对浓溶液施加大于其渗透压之压力，则可使溶剂由浓溶液流入稀溶液（或纯溶剂）中，此现象称为逆渗透（reverse osmosis，
8、简写成 RO）作用。,渗 透,逆 渗 透,逆渗透,3-5.2,逆渗透可用于海水淡化。目前，澎湖等缺水的离岛，多使用逆渗透法供应淡水，其半透膜大部分由醋酸纤维素制成。此外，市面上销售的 RO 纯水机，也是利用逆渗透原理的净水装置，如图：,逆渗透,3-5.2,如下图所示， U 形管之中央有一半透膜，两侧各装入糖水与纯水，并使之同高，以行渗透压实验。下列叙述何者正确？（多重选择题）,糖水中的糖分子通过半透膜到纯水中糖水通过半透膜到纯水中纯水通过半透膜到糖水中半透膜两侧糖水浓度平衡时相等平衡达成时，糖水液面比纯水水面高,学习成果评量,17,选修化学(上),如下图所示，甲烧杯内盛 0.2 M 蔗糖水溶液
9、，乙管下端附有包紧的半透膜（M）以便让水通过，且盛有 0.3 M 葡萄糖水溶液，两液高度同高，平衡时：,乙溶液浓度大于 0.3 M，体积增加乙溶液浓度小于 0.3 M，体积增加乙溶液浓度不变，体积增加乙溶液浓度大于 0.3 M，体积减少,学习成果评量,18,选修化学(上),将某化合物 (C6H10O5)x 溶于水，已知每升含有 77.1 克，该化合物的溶液在 20 时，其渗透压为 0.58 atm，试求： (1) (C6H10O5)x 之分子量？(2) x 值为何？,(1)代入渗透压的公式： VnRT,M3194，即此化合物分子量为 3194。,(2) 3194162x，x19.7 取整数， x20,学习成果评量,19,选修化学(上),
