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溶液的渗透压(渗透现象,半透膜,渗透平衡,范特荷甫定律,公式) | |||||
来源:医学全在线 更新:2007-9-2 医学论坛 | |||||
渗透作用是自然界的一种普遍现象,它对于人体保持正常的生理功能有着十分重要的意义。下面讨论渗透作用的基本原理、渗透压及其在医学上的意义。 一、渗透现象和渗透压 在蔗糖浓溶液上小心加入一层清水,水分子即从上层渗入下层,蔗糖分子也由下层涌入上层,直到蔗糖溶液的浓度均匀为止。一种物质的粒子自发地分布于另一种物质中的现象称为扩散。 如果将蔗糖水溶液与水用半透膜隔开(图1-2甲),使膜内和膜外液面相平,静置一段时间后,可以看到膜内溶液的液面不断上升(图1-2乙),说明水分子不断地透过半透膜进入溶液中。溶剂透过半透膜进入溶液的自发过程称为渗透现象。不同浓度的两种溶液被半透膜隔开时都有渗透现象发生。 半透膜是一种只允许某些物质透过,而不允许另一些物质透过的薄膜。上面实验中的半透膜只允许水分子透过,而蔗糖分子却不能透过。细胞膜、膀胱膜、毛细血管壁等生物膜都具有半透膜的性质。人工制造的火棉胶膜、玻璃纸等也具有半透膜的性质。 上述渗透现象产生的原因是蔗糖分子不能透过半透膜,而水分子却可以自由通过半透膜。由于膜两侧单位体积内水分子数目不等,水分子在单位时间内从纯水(或稀溶液)进入蔗糖溶液的数目,要比蔗糖溶液中水分子在同一时间内进入纯水(或稀溶液)的数目多,因而产生了渗透现象。渗透现象的产生必须具备两个条件:一是有半透膜存在,二是半透膜两侧必须是两种不同浓度的溶液。 图1-2是渗透过程的示意图,图中v入表示水分子进入半透膜内的速度,v出表示膜内水分子透出到膜外的速度。甲表示渗透刚开始,乙表示渗透不断进行,管内液面不断上升。但是液面的上升不是无止境的,而是达到某一高度时便不再上升(图1-2丙),此时,v入=v出,渗透达到平衡状态即渗透平衡。阻止纯溶剂向溶液中渗透,在溶液液面上所施加的压力为该溶液的渗透压。 如果被半透膜隔开的是两种不同浓度的溶液,这时液柱产生的静液压,既不是浓溶液的渗透压,也不是稀溶液的渗透压,而是这两种溶液渗透压之差。 渗透压的单位用Pa或kPa表示。 渗透压是溶液的一个重要性质,凡是溶液都有渗透压。渗透压的大小与溶液的浓度和温度有关。 二、渗透压与浓度、温度的关系 1886年范特荷甫(van’t Hoff)根据实验数据得出一条规律:对稀溶液来说,渗透压与溶液的浓度和温度成正比,它的比例常数就是气体状态方程式中的常数R。这条规律称为范特荷甫定律。用方程式表示如下: πV=nRT 或π=cRT(1-5) 式中π为稀溶液的渗透压,V为溶液的体积,c为溶液的浓度,R为气体常数,n为溶质的物质的量,T为绝对温度。 式(1-5)称为范特荷甫公式,也叫渗透压公式。常数R的数值与π和V的单位有关,当π的单位为kPa,V的单位为升(L)时,R值为8.31kPa•L•K-1•mol-1。 范特荷甫公式表示,在一定温度下,溶液的渗透压与单位体积溶液中所含溶质的粒子数(分子数或离子数)成正比,而与溶质的本性无关。 对于稀溶液,c近似于质量摩尔浓度,因此上式又可写成 π=mBRT 对于相同cB的非电解质溶液,在一定温度下,因为单位体积溶液中所含溶质的粒子(分子)数目相等,所以渗透压是相同的。如0.3mol•L-1葡萄糖溶液与0.3mol•L-1蔗糖溶液的渗透压相同。但是,相同cB的电解质溶液和非电解质溶液的渗透压则不相同。例如,0.3mol.L-1NaCl溶液的渗透压约为0.3mol.L-1葡萄糖溶液渗透压的2倍。这是由于在NaCl溶液中,每个NaCl粒子可以离解成1个Na+和1个Cl-。而葡萄糖溶液是非电解质溶液,所以0.3mol•L-1NaCl溶液的渗透压约为0.3 mol•L-1葡萄糖溶液的2倍。 由此可见,渗透压公式中,对电解质溶液来说,浓度cB(或mB)是1升溶液中能产生渗透效应的溶质分子与离子总物质的量,称为渗透物质的量浓度。 通过测定溶液的渗透压,可以计算溶质的相对分子质量。如果溶质的质量为m,摩尔质量为M。实验测得溶液的渗透压为π,则该溶质的相对分子质量(数值等于摩尔质量)可通过下式求得: (1-6) 式(1-6)主要用于测定高分子(蛋白质等)的相对分子质量。 渗透压公式在医疗工作中有其现实意义。人体血液的渗透压在正常体温(37℃)时约为769.9kPa。要配制与血液渗透压相等的溶液,即可由渗透压公式计算出溶液的浓度。 |
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文章录入:凌云 责任编辑:凌云 | |||||
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