Áp lực thẩm thấu

Áp lực thẩm thấu là mức áp suất tối thiểu cần thiết để ngăn chặn dòng chảy của dung môi tinh khiết qua màng bán thấm vào dung dịch chứa chất tan. Nó cũng thể hiện khả năng của dung dịch trong việc kéo dung môi tinh khiết qua màng thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu tối đa là áp suất lớn nhất mà dung dịch có thể tạo ra khi được tách khỏi dung môi tinh khiết bởi màng bán thấm.

Quá trình thẩm thấu diễn ra khi hai dung dịch với nồng độ chất tan khác nhau được phân cách bởi một màng thấm chọn lọc. Các phân tử dung môi di chuyển qua màng từ dung dịch có nồng độ chất tan thấp đến dung dịch có nồng độ cao hơn. Sự di chuyển này sẽ tiếp tục cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.

Các lý thuyết và phương pháp đo lường

Jacobus van 't Hoff đã phát hiện ra một mối liên hệ định lượng giữa áp suất thẩm thấu và nồng độ chất tan, được biểu diễn bằng phương trình sau đây.

$\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}=iCRT$

Trong đó $\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}$

{displaystyle Pi } đại diện cho áp suất thẩm thấu, i là hệ số van 't Hoff không thứ nguyên, C là nồng độ mol của chất tan, R là hằng số khí lý tưởng, và T là nhiệt độ tính bằng kelvin. Công thức này được áp dụng khi nồng độ chất tan đủ thấp để dung dịch có thể coi là lý tưởng. Mối quan hệ tỉ lệ với nồng độ cho thấy áp suất thẩm thấu là một thuộc tính chung. Công thức này tương tự như định luật khí lý tưởng dưới dạng $p=\frac{n}{V}RT=c_{\text{gas}}RT$ trong đó n là tổng số mol phân tử khí trong thể tích V, và n/V là nồng độ mol của các phân tử khí. Harmon Northrop Morse và Frazer đã chỉ ra rằng phương trình này cũng có thể áp dụng cho các dung dịch có nồng độ cao hơn nếu sử dụng đơn vị nồng độ là molal.

Đối với các dung dịch có nồng độ cao hơn, phương trình của van Hoff có thể được mở rộng thành một chuỗi lũy thừa theo nồng độ chất tan, C. Đối với xấp xỉ đầu tiên,

$\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}={\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}}_0+A{C}^2$

Trong đó ${\mathrm{\Pi <!--\; \Pi \; -->}}_0$ đại diện cho áp suất lý tưởng, và A là một tham số thực nghiệm. Giá trị của A (cũng như các tham số từ các xấp xỉ bậc cao hơn) có thể được sử dụng để tính toán các tham số Pitzer. Các tham số thực nghiệm này giúp định lượng hành vi của các dung dịch chứa chất tan ion và không ion, không phải là dung dịch lý tưởng theo lý thuyết nhiệt động.

Tế bào Pfeffer được thiết kế để đo áp suất thẩm thấu.