半透膜渗透作用及渗透压519.PPT

* * * * * * * * 選修化學(上) 3-5 溶液的滲透壓 * 溶液的滲透壓 3-5 生物體中，細胞膜、膀胱壁、腸壁… …等許多薄膜對於物質的通過具有選擇性，有些物質可以通過，有些物質則不能通過， 這類薄膜稱為半透膜（semipermeable membrane）。 在此節中，我們提及的半透膜，都是指只允許溶劑（如水）通過的半透膜。 3-5.1 滲透作用及滲透壓 3-5.2 逆滲透 溶液的滲透壓 3-5 學習目標： 了解滲透壓的意義、計算及應用。 了解逆滲透的意義及應用。 溶液的滲透壓 3-5 以半透膜包緊一薊頭漏斗口，在漏斗內放稀糖水，倒置於裝有純水的燒杯中，並使內、外液面等高； 一段時間後，糖水的液面逐漸升高，燒杯中純水的液面則逐漸下降； 最後，兩液面的高度差維持不變。 此種溶劑由純溶劑（或較稀薄溶液）通過半透膜，淨流向較濃溶液的現象稱為滲透作用（osmosis）。 滲透作用及滲透壓 3-5.1 水玻璃 從上述實驗結果看來，水只經由半透膜單向流入糖水中， 事實上，兩邊的水分子都可通過半透膜。 不過，在相同時間內，由純水穿透到稀糖水的水分子較由稀糖水穿透到純水的水分子多， 因此漏斗內糖水中的水分子增多，故糖水的液面逐漸升高。隨著液面高度差增大，其產生的壓力也漸增，因而淨流入糖水的水分子數漸減。 直到淨流入糖水的水分子數為零時，液面的高度差就不再改變， 此高度差所呈現的壓力，即為該糖水的滲透壓。 滲透作用及滲透壓 3-5.1 若由外界施此壓力，亦可阻止水分子由純水進入該糖水。 也就是說， 溶液的滲透壓就是欲阻止水分子經半透膜，由純水流入該溶液所需施加的壓力。 因此漏斗內糖水中的水分子增多，故糖水的液面逐漸升高。隨著液面高度差增大，其產生的壓力也漸增，因而淨流入糖水的水分子數漸減。 直到淨流入糖水的水分子數為零時，液面的高度差就不再改變， 此高度差所呈現的壓力，即為該糖水的滲透壓。 滲透作用及滲透壓 3-5.1 溶液的滲透壓亦可由以下實驗求得： 以半透膜將一個固定體積的容器，隔成同體積的兩個區域，並裝上壓力計及活塞，如左圖。 在有壓力計及活塞的一側裝入欲測定滲透壓的溶液，另一側放入純水。 於活塞上施加壓力，使其恰可阻止滲透作用發生，亦即保持溶液的體積固定不變， 此時所施加的壓力就是該溶液的滲透壓，可由壓力計讀出。 半透膜 滲透作用及滲透壓 3-5.1 荷蘭科學家凡特何夫（J. H. vant Hoff）發現， 含非電解質的稀薄溶液之滲透壓（π） 與溶質的莫耳數（n）及絕對溫度（T）成正比， 而與溶液的體積（V） 成反比， 但與溶質及溶劑的種類均無關。 其關係式與理想氣體方程式相似： 稱為凡特何夫方程式。 可改寫為： 比例常數也等於理想氣體常數 R 即 0.082 atm L mol－1 K－1 滲透作用及滲透壓 3-5.1 凡特何夫方程式： CM 為溶液的體積莫耳濃度， 利用此關係式，可經由測定溶液的滲透壓，求得溶質的分子量， 常用於測定聚合物的平均分子量。 滲透作用及滲透壓 3-5.1 【來點兒科學】鹽與糖為什麼能保存食物？ 滲透作用對生物極為重要，藉由滲透，生物組織得以輸送水分、養分或排除廢物。 例如： 溶解在樹液內的物質，使得樹液的濃度比樹木週遭地下水的濃度高，因此水分通過樹根的細胞膜，進入樹木內部； 醫院在為病人靜脈注射時，必須將注射液的濃度調整至其滲透壓與血液的滲透壓相近（約 7.7 atm）， 否則血球會脹破或萎縮。 在日常生活，也常利用滲透原理來保存食物，如醃漬鹹菜、蜜餞等。 細胞在與體液濃度相同的等滲透壓溶液中，水分由外向內的穿透速率與由內向外之穿透速率相等。 因此，細胞可正常存在於體液中。 在低滲透壓溶液中，細胞外的溶液之濃度小於細胞內部，水分由外向內的穿透速率大於由內向外之穿透速率，以致細胞膨脹，甚至脹裂。 在高滲透壓溶液中，細胞外的溶液之濃度大於細胞內部，水分由外向內的穿透速率小於由內向外之穿透速率，導致細胞脫水而乾癟，甚至死亡。 滲透作用及滲透壓 3-5.1 27 ℃ 時，將 34.2 毫克蔗糖（分子量＝342）溶於水中，配成 100 毫升溶液，其滲透壓為何？相當於多少公分水柱高？ 解答 將數據代入凡特何夫方程式 故此溶液的滲透壓為 0.0246 atm 又 1 atm＝13.6×76＝1033.6（cmH2O） 可得 0.0246×1033.6＝25.4（cmH2O）， 故相當於 25.4 公分水柱高。 範例 3-15 * 選修化學(上) 4 ℃ 時，將 1.0 克的某非電解質高分子化合物溶於水中，配成 200.0 毫升溶液。將此溶液與純水分別裝於中央有半透膜 分隔的 U 形管兩側，如右圖(A)。達平衡時，液面的高度差為 2.6 公分，如右圖(B)，則此高分子