Осмотическое давление коллоидных растворов

При исследовании коллоидных растворов Т. Грэм не обнаружил в них осмотического давления, что и было положено в основу деления на коллоиды и кристаллоиды.

? ?О роли Т. Грэма в развитии коллоидной химии, а также о делении веществ на коллоиды и кристаллоиды см. в подпараграфе 1.1.1.

Однако вскоре было выяснено, что осмотическое давление все же присуще коллоидным растворам, но оно настолько мало, что определяется с трудом.

Осмотическое давление обусловлено потоком растворителя, выравнивающим концентрации двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. Движение растворителя происходит в направлении от меньшей концентрации к большей (или от чистого растворителя к раствору).

Для идеальных растворов неэлектролитов осмотическое давление Росм описывается следующим выражением (законом Вант-Гоффа):

где С — молярная концентрация; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура.

Поскольку в случае коллоидных растворов речь идет о движении не молекул, а более крупных частиц, следует использовать не формальную молярную концентрацию С, а концентрацию коллоидного раствора Ск число частиц дисперсной фазы (выраженное в молях) в единице объ- моль частиц

ема системы --- .

м6

Тогда осмотическое давление коллоидного раствора:

Поскольку молярная масса частицы, как правило, неизвестна, на практике удобнее использовать не Ск, а массовую (весовую) концентрацию дисперсной фазы:

где п — общее число частиц дисперсной фазы; n/NA — число частиц (молей); V — объем раствора; тед, Кед — масса и объем отдельной частицы; г — радиус частицы; р — плотность дисперсной фазы.

Итак, осмотическое давление коллоидного раствора можно вычислить, зная весовую концентрацию и плотность дисперсной фазы, а также размеры частиц:

Входящее в знаменатель выражение 4/37Гг3рМл = mejlNA = М представляет собой молекулярную мицеллярную массу коллоидной частицы (или молекулярную массу молекулы ВМС), что в принципе позволяет определять М по величине измеряемого (хотя и очень маленького) осмотического давления.

Первые определения М на основании измерений осмотического давления золей с помощью специально сконструированного осмометра были проведены немецким ученым В. Пфеффером, который и показал, что молекулярная масса коллоидной частицы «необычайно велика».

Из приведенных выше уравнений следует, что осмотическое давление очень сильно зависит от размера частиц дисперсной фазы — оно обратно пропорционально размеру частиц в третьей степени:

Существующая тенденция к агрегации (укрупнению) частиц объясняет непостоянство осмотического давления дисперсных систем.

Пример 8.1. В результате агрегации размер частиц золя увеличился в 10 раз. Как изменится осмотическое давление?

Очевидно, что при укрупнении частиц в результате агрегации массовая концентрация не изменяется. Тогда

Осмотическое давление уменьшится в 1000 раз.

Интерактивный компонент

Почему первые исследователи коллоидных растворов не обнаружили в них осмотического давления?

Сравним осмотическое давление истинного и коллоидного растворов, образованных при растворении одного и того же вещества в разных растворителях.

Сначала оценим, какое по порядку величины осмотическое давление можно ожидать от обычного (не коллоидного) раствора.

Для 0,1 М водного раствора неэлектролита осмотическое давление составляет

Далее рассчитаем осмотическое давление коллоидного раствора.

Примем, что массовая концентрация растворов одинакова, радиус молекулы растворенного вещества в истинном растворе гх составляет 0,5 нм, а размер частицы в коллоидном растворе г2 50 нм. Тогда

'50?

Д5,

Таким образом, коллоидный раствор, содержащий такую же массу растворенного вещества, что и истинный, но не в виде самостоятельных молекул, а в форме коллоидных частиц, будет иметь осмотическое давление не в два, не в десять, и даже не в сто раз, а в миллион раз меньшее, чем у истинного раствора!

Этим объясняется, почему первоначально создалось впечатление, что коллоидные растворы не обладают осмотическим давлением, особенно учитывая способ его измерения (рис. 8.1).

Осмометр Грэма

Рис. 8.1. Осмометр Грэма1

В итоге то, что Грэм считал качественным признаком коллоидов, обернулось их важным количественным свойством: осмотическое давление зависит от размеров частиц, оно обратно пропорционально радиусу частицы в третьей степени.

Резюме

Осмотическое давление зависит от размеров частиц, оно обратно пропорционально радиусу частицы в третьей степени. Осмотическое давление коллоидных растворов чрезвычайно мало.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >