半透膜渗透作用及渗透压519

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（semipermeablemembrane）。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.van'tHoff）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0.082atmLmol－1K－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7.7atm），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0.0246atm又1atm＝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。3334.210n342π=RT=0.082273+27=0.0246atmV10010－－（）（）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)4.5×104(B)4.5×105(C)4.5×106(D)4.5×107(E)4.5×108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＝nRT1.02.6x0.0822734200.01033.61000＝（）解得x＝4.5×104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（reverseosmosis，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0.2M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0.3M葡萄糖水溶液，兩液高度同高，平衡時：(A)乙溶液濃度大於0.3M，體積增加(B)乙溶液濃度小於0.3M，體積增加(C)乙溶液濃度不變，體積增加(D)乙溶液濃度大於0.3M，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，該化合物的溶液在20℃時，其滲透壓為0.58atm，試求：(1)(C6H10O5)x之分子量？(2)x值為何？(1)代入滲透壓的公式：V＝nRT77.10.5810.08227320M＝（）M＝3194，即此化合物分子量為3194。(2)3194＝162x，x＝19.7取整數，x＝20學習成果評量19選修化學(上)