Використання напівпроникних мембран природнього походження для виготовлення осмометрів

 

 

Чашку Петрі діаметром близько 9 см наповнюють приблизно до половини чистою і добре висушеною металевою ртуттю і встановлюють на стійкому столі. Швидко вливають 4% -ний розчин коллодія, так щоб він досяг країв чашки, і залишають у спокої до тих пір, поки краї плівки, утвореної на поверхні ртуті, не почнуть злегка закручуватися. Лезом обрізають мембрану по стінках чашки, акуратно виймають і кладуть на лист фільтрувального паперу, ставлять на неї широкою частиною колоподібну трубку і обживають її краю мембраною так, щоб по можливості не утворилися складки. Сильно натягувати мембрану не слід, так як з подальшому вона може порватися. Міцно обв’язують краї осмотичного осередку ниткою і залишають осередок сушитися на повітрі приблизно протягом 2 годин. Для отримання більш щільної мембрани, придатної для вимірювання осмотичного тиску розчинів солей, час висушування слід подовжити до 12 ч. Треба пам’ятати, що на тривалість висушування впливає на концентрацію розчину колодію. Для визначеної концентрації колодія час сушіння підбирають дослідним шляхом (у нашому випадку застосовується наявний у продажу в аптеках 4% -ний розчин медичного колодія). Після закінчення просушування осмотичну комірку ретельно споліскують дистильованою водою і занурюють мембраною вниз в чашку з дистильованою водою не менше ніж на добу. За цей час відбувається коагуляція колодія. і утворюється гель, діаметр пор якого залежить від тривалості просушування мембрани. Виготовлення таким способом осмотичного осередку після кожного досліду промивають дистильованою водою і зберігають під шаром води, в яку додано декілька крапель толуолу або хлороформу. Колодієва мембрана досить міцна, проте в цьому вона дещо поступається мембрані, приготованій зі свинячого міхура. 

Осмотичний осередок з колодія можна приготовити і іншим способом. Для цього скляну пробірку діаметром близько 20 мм і висотою 9-10 см споласкують 10% -ним розчином желатину і, давши повністю стекти розчину, перевертають догори дном і залишають у такому положенні до тих пір, поки шар желатину на стінках пробірки не застигне. Для прискорення процесу загуснення пробірку можна охолоджувати. У пробірку наливають 4% -ний розчин колодія, і обертаючи пробірку, виливають колодій, слідкуючи за тим, щоб стінки пробірки були покриті тонким його шаром. Цю операцію повторюють ще 2 рази з інтервалом в 30 хв, а після цього наливають у пробірку нагріту до 40-50 ° С воду і пробірку з водою повністю занурюють у гарячу воду. При такій температурі желатин плавиться і колодієвий мішечок легко відділяється від скла. Якщо при відділенні колодієвого мішечка пробірку занурити повністю в гарячу воду, то мішечок може порватися. Отриманий таким способом мішечок ретельно промивають у проточній дистильованій воді протягом декількох часів. Після промивання колодіевий мішечок міцно прив'язують до гумової пробки 2, в якій просвердлені два отвори. В один з отворів в рівень з нижнім краєм пробки вставлена капілярна трубка 3 внутрішнього діаметра ~ 1 мм і довжиною ~ 30 см, в інше – коротка скляна трубка 4 діаметром б-7 мм з одягненою на неї гумовою трубкою 5 із зажимом 6. Через коротку трубку осмотичного осередку занурюють досліджуваний розчин, так щоб в мішечку по можливості не було бульбашок повітря, і затискують кінець гумового відростка затиском. У такому вигляді осмотичний осередок готовий до проведення експерименту (рис. 3) [2, ст. 46-47].

 

 

Наявний у продажу целофан проникний не лише для низькомолекулярних сполук, але навіть для більш крупних частинок колоїдного розміру (хоча і в меншому ступені). Целофанову плівку необхідно зробити більш щільною, для чого її просочують розчинами сульфату міді і гексаціаноферата калію. Робиться це в такий спосіб. З листа целлофана вирізають круг діаметром 10 см і дають йому добре набрякнути в теплій воді. Після цього коло виймають, ставлять на нього осмотичну посудину (колоподібну трубку) і, щільно затискаючи краї трубки, міцно обмотують краї мембрани ниткою. Заповнюють осмотичний осередок 3% -м розчином К4 [Fе (CN) 6] і опускають її в посудину з 3% -ним розчином СuSO4. У результаті реакції утворюється червоно-коричневий осад гексаціаноферата міді, що володіє властивістю напівпроникливості. У вказаних розчинах целофанову мембрану витримують від 3 до 4 днів. Виготовлена таким способом мембрана має зберігатися під шаром води, в яку додають кілька крапель толуолу[2, ст. 48].

 

 

Свіжий свинячий міхур промивають приблизно 12 год в проточній воді, а потім з нього вирізають коло діаметром близько 10 см і знову добре промивають його в теплій воді з милом. Після ополіскування в гарячій воді пльонку натягують на широкий кінець колоподібної трубки і щільно обв'язують ниткою, стежачи при цьому, щоб по можливості не утворювалися складки. Такого типу мембрана цілком придатна для якісної демонстрації тому, що вона добре проникна для низькомолекулярних сполук. У досліді з нею рекомендується використовувати 50% -ний розчин тростинного цукру, причому дослід не слід проводити довше 24 годин, так як після цього часу рідина в манометричній трубці знову починає опускатися. Після кожного досліду мембрану необхідно сполоснути і зберігати у воді (у жодному разі не можна допускати її висушування). Мембрана з свинячого міхура має досить високу механічну міцність[2, ст. 45].

 

Визначення молекулярної маси нелеткої речовини за осмотичним тиском

За законом Вант-Гоффа Росм. = сRT;

Де Росм. – осмотичний тиск р-ну;

R – універсальна стала;

С – молярна концентрація р-ну;

Т – температура, К;

За осмометр може слугувати прилад, який можна виготовити власноруч, навіть в умовах школи. Він складається з посудини (скляної чи пластмаси) без дна. Дно затягується плівкою з напівпроникної мембрани, у нашому випадку, тваринного походження. Верхній отвір щільно закривається пробкою (резиновою) через яку просунута скляна трубка. На трубці бажано мати поділки, або приклеєну полоску з міліметрового паперу. Ця посудина заповнюється концентрованим розчином нелеткої речовини з відомою концентрацією і занурюється у дистильовану воду. В наслідок односторонньої дифузії молекул води у напрямку концентрованого розчину, розчин у скляній трубці піднімається на повну висоту до встановлення рівноваги.

Хід роботи

Підготування стандартних розчинів двох різних концентрацій з різним осмотичним тиском для градуювання осмометра.

Вимірювання висоти підняття розчину I у осмометрі після встановлення рівноваги.

Вимірювання висоти підняття розчину II у осмометрі після встановлення рівноваги.

Визначення ціни поділки на осмометрі.

Приготування розчину невідомої речовини.

Вимірювання висоти підняття досліджуваного розчину.

Підрахунок осмотичного тиску досліджуваного розчину.

 

Розрахунок молекулярної маси невідомої речовини.

 

Розрахунки:

Mr (C 12H 22O 11) = 342 г/моль; Т = 23 0 С= 296 К;

Отже, в результаті проведеної мною роботи, я підрахувала Mr (х) =344 г/моль. Невідомою речовиною виявилась C 12H 22O 11.

 

 

Осмос – явище перенесення розчинника через непроникну для розчинених речовин мембрану, яка розділяє два розчини різної концентрації.

Осмос відіграє важливу роль у багатьох біологічних процесах. Осмос бере участь у перенесенні поживних речовин в стовбурах високих дерев, де капілярне перенесення не здатне виконати цю функцію.

Осмос широко використовують в лабораторній техніці: при визначенні молярних характеристик полімерів, концентрування розчинів, дослідженні різноманітних біологічних структур. Осмотичні явища іноді використовуються в промисловості, наприклад при отриманні деяких полімерних матеріалів, очищення високо-мінералізованої води методом «зворотнього» осмосу рідин.

Осмос також грає велику роль в екології водойм. Якщо концентрація солі та інших речовин у воді підніметься або впаде, то мешканці цих вод загинуть через згубний вплив осмосу.

Величина осмотичного тиску, створювана розчином, залежить від кількості, а не від хімічної природи розчинених у ній речовин (або іонів, якщо молекули речовини дисоціюють). Чим більша концентрація розчину, тим більший створюється осмотичний тиск. Це правило, яке носить назву закону осмотичного тиску. Закон осмотичного тиску можна використовувати для розрахунку молекулярної маси даної речовини.

 

 

Білий О. В. Фізична хімія (навчальний посібник для вузів). – Київ: ЦУЛ, Фітосоціоцентр, 2002. – 364с.

Болдырев А. И. Демонстрационные опыты по физической и колоидной химии. Учеб. Пособие для вузов. М., «Высшая школа», 1976.

Гречанюк В. Г. Фізична хімія і хімія силікатів: Підручник. – К. : Кондор, 2006. – 434с.

Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для втузов – Москва: Высшая школа, 1989. – 113с.

Лебідь В. І. Фізична хімія / Худож. -оформлювач С. І. Правдюк. – Харків: Гімназія, 2008. – 478с.

Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. – Донецьк: «Донбас», 2004.

Некрасов, В. В. «Основы общей химии» в 2-х т., том 1, М. : «Химия», 1973. – 656 c.

Фізична хімія: Підручник / С. Л. Воловик, Є. І. Ковалевська, В. В. Манк та інш. ; За ред. Проф. В. В. Манка. – К. : Фірма «ІНКОС», Центр навчальної літератури, 2007. – 196с.