溶液的渗透压5

3-5 溶液的滲透壓12選修化學 (上 )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選修化學 (上 )3-5.1 滲透作用及滲透壓3-5.2 逆滲透溶液的滲透壓3-54選修化學 (上 )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3-55選修化學 (上 )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6選修化學 (上 )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3-5.17選修化學 (上 )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3-5.18選修化學 (上 )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3-5.19選修化學 (上 )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 （ ）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3-5.110選修化學 (上 )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3-5.111選修化學 (上 ) 【 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3-5.127 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 13.676 1033.6（ cmH2O）可得 0.02461033.6 25.4（ cmH2O），故 相當於 25.4 公分水柱高 。範例 3-1512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)，則此高分子化合物之分子量為何？(A) 4.5104 (B) 4.5105 (C) 4.5106 (D) 4.5107 (E) 4.5108練習題 3-1513選修化學 (上 )解答設高分子化合物的分子量為 x，由 V nRT解得 x 4.5104 答： (A)練習題 3-1514選修化學 (上 )15選修化學 (上 )若對濃溶液施加大於其滲透壓之壓力，則可使溶劑由濃溶液流入稀溶液（或純溶劑）中，此現象稱為逆滲透（ reverse osmosis，簡寫成 RO）作用。滲 透 逆 滲 透逆滲透3-5.216選修化學 (上 )逆滲透可用於海水淡化。目前，澎湖等缺水的離島，多使用逆滲透法供應淡水，其半透膜大部分由醋酸纖維素製成。此外，市面上銷售的 RO 純水機，也是利用逆滲透原理的淨水裝置，如圖：逆滲透3-5.2大愛新聞 新興水資源澎湖海水淡化涓滴得之不易1. 如下圖所示， U 形管之中央有一半透膜，兩側各裝入糖水與純水，並使之同高，以行滲透壓實驗。下列敘述何者正確？（多重選擇題）(A)糖水中的糖分子通過半透膜到純水中 (B)糖水通過半透膜到純水中 (C)純水通過半透膜到糖水中(D)半透膜兩側糖水濃度平衡時相等(E)平衡達成時，糖水液面比純水水面高學習成果評量17選修化學 (上 )2.如下圖所示，甲燒杯內盛 0.2 M 蔗糖水溶液，乙管下端附有包緊的半透膜（ M）以便讓水通過，且盛有 0.3 M 葡萄糖水溶液，兩液高度同高，平衡時： (A)乙溶液濃度大於 0.3 M，體積增加 (B)乙溶液濃度小於 0.3 M，體積增加 (C)乙溶液濃度不變，體積增加(D)乙溶液濃度大於 0.3 M，體積減少學習成果評量18選修化學 (上 )3. 將某化合物 (C6H10O5)x 溶於水，已知每升含有 77.1 克，該化合物的溶液