Використання напівпроникних мембран природнього походження для виготовлення осмометрів

Проведення досліду А. Розчиняють близько 150 г тростинного цукру в 75 мл окропу, охолоджують отриманий розчин до кімнатної температури і підфарбовують, вводять в нього один-два мл розчину еозину. Таким чином, розчин тростинного цукру отримують майже насиченим (65%). Далі цей розчин вливають в осмотичну комірку, якиу занурюють у велику склянку з дистильованою водою (можна використовувати і водопровідну воду). Результат досліду. Забарвлений розчин піднімається в манометричній трубці зі швидкістю приблизно декількох міліметрів на хвилину. Через деякий час розчин буде випливати з манометричної трубки і його можна збирати в мірний циліндр. Якщо осмотична комірка працює добре, то в зовнішній розчин барвник надходити не буде.  Проведення досліду Б. Заповнюють осмотичну комірку розчином, що містить 0, 25% тростинного цукру і 0, 3% жовтої кров'яної солі, і занурюють їх у посудину 0, 12% -ного розчину сульфату міді. Результат досвіду. Після закінчення певного часу рідина в трубці манометра піднімається приблизно на 1, 7 м. Досить зручно для вимірювання осмотичного тиску використовувати ртутний манометр. Необхідно тільки стежити за тим, щоб в просторі між осередком і ртуттю не було бульбашок повітря. Виміряний з допомогою ртутного манометра тиск буде дорівнює приблизно 130 мм. рт. ст.

Проведення досліду В. Виготовляють осмотичну комірку, схема якої показана на рис. 2. Бічне відгалуження крана через гумову трубку з'єднане з капілярною трубкою, по всій довжині якої наклеєна полоса міліметрового паперу. Перед постановкою досвіду капіляр повинен бути ретельно промитий гарячою хромовою сумішшю. Осмотичну комірку разом з трубкою і капіляром заповнюють дистильованою водою і занурюють у кристалізатор з досліджуваним розчином. При цьому потрібно постаратися, щоб у трубці і капілярі не було бульбашок повітря.

Рис. 2

Результат досліду. Як тільки осмотичний осередок прийде в зіткнення з випробуваним розчином, меніск рідини в капілярній трубці починає рухатися в бік осередку. Проектуючи капілярну трубку на екран проекційним ліхтарем, фіксують положення меніска на початку досліду і, включивши секундомір, виміряють час, за який меніск пройде шлях довжиною в 30 см. У якості піддослідних розчинів можна взяти по 100 мл розчинів тростинного цукру наступних мольних концентрацій: 0, 5, 1, 0, 1, 5 і 2, 0. При зміні розчинів необхідно кожен раз споліскувати зовнішню сторону мембрани невеликою кількістю випробуваного розчину; а також знову заповнювати через лійку і кран капілярну трубку дистильованою водою, як це вже було описано вище.  Якщо у демонстрації потрібно показати, що розчини електролітів в силу своєї дисоціації володіють у порівнянні з розчинами неелектролітів при однакових молярних концентраціях більш високим осмотичним тиском, слід в досвіді використовувати мембрану з великим терміном висушування. Цілком зрозуміло, що при роботі з такою мембраною швидкість переміщення меніска рідини в капілярній трубці буде значно менше в порівнянні з попереднім досвідом.  Проведення досліду Г. Змішують приблизно по 10 мл фенолу і води. Після ретельного збовтування і відстоювання, суміш чітко поділяється на два шари: нижній шар – фенол, насичений водою, і верхній – вода, насичена фенолом. За допомогою невеличкої дільникової воронки відокремлюють шар води, насичений фенолом, і ділять його на дві частини. В одній частині розчиняють майже до насичення нітрат кальцію Са (NO3) 2, другу частину залишають без зміни. Після зливання всіх розчинів в пробірку спостерігають утворення трьох шарів рідини (знизу вгору) : вода + фенол + нітрат кальцію, фенол + вода, вода + фенол. Шари добре помітні, оскільки середній шар фенолу, насичений водою, має в порівнянні з іншими двома шарами більш темне забарвлення. Пробірку залишають у спокої на 24 год, після чого спостерігають зміну положення шарів. Результат досліду. Після 24 год темніший шар фенолу, насиченого водою, виявляється зверху. Нижній шар (вода + фенол + нітрат кальцію) збільшиться в обсязі на величину, рівну обсягу шару вода + фенол, який на початку досліду був нагорі. Загальний обсяг всіх верств залишився без зміни. Пояснення. Якщо два розчини різної концентрації або розчин і чистий розчинник перегородити мембраною, проникаючої для молекул розчинника і непроникною для молекул (або іонів) розчиненої речовини, то через деякий час почнеться процес вирівнювання концентрацій. При цьому розчинник проникне крізь мембрану в розчин з більшою концентрацією. У результаті цього рівень рідини в манометричній трубці буде підвищуватися до тих пір, поки гідростатичний тиск стовпа рідини не затримає осмос. Для сильно розбавлених (ідеальних) розчинів, як показали досліди, застосовно основне рівняння газового стану (рівняння Вант-Гоффа) : р=cRT. У розглянутих дослідах с виражена не в молях на літр, а в молях на 1 кг розчинника. 

Обчислений осмотичний тиск такого розчину непогано узгоджується з результатами експерименту.  Дослід В показує, що осмотичний тиск – пропорційний концентрації розчину. Оскільки безпосереднє вимірювання осмотичного тиску за допомогою осмометра вимагає більшої кількості часу, в цьому досліді вимірюють