Kaja Fac 9.11.2010r.
Paulina Krzemińska
wtorek, 13:30
Badanie zjawiska osmozy
Celem ćwiczenia było określenie na jaką wysokość wzniesie się słup cieczy po ustaleniu się równowagi termodynamicznej w badanych układach.
Badałyśmy różnicę w podnoszeniu się cieczy w dwóch identycznych układach składających się z celulozowej błony, pipety i korka. Membranę celulozową napełniłyśmy przygotowanym przez nas wcześniej 0,1-molowym roztworem glikolu etylenowego w wodzie destylowanej. Napełniłyśmy nim celulozową membranę, która służyła nam jako błona półprzepuszczalna i sprawdzałyśmy co 15 minut jak zmienił się poziom cieczy w zmontowanym według schematu układzie.
Pierwszą rzeczą jaką mamy określić jest ciśnienie osmotyczne w naszym układzie. Liczymy je ze wzoru:
π = RTcB
Gdzie:
R – stała gazowa (8,314 [J/(mol*K)])
T – temperatura (298 [K])
cB – stężenie roztworu glikolu etylenowego (100 [mol/m3])
Podstawiając więc do powyższego wzoru nasze dane otrzymujemy:
π = 2478[hPa]
Poprawność jednostek:
$$\pi = \left\lbrack \frac{J}{mol \bullet K} \bullet K \bullet \frac{\text{mol}}{m^{3}} \right\rbrack = \left\lbrack \frac{N \bullet m}{m^{3}} \right\rbrack = \left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack = \left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack$$
Następnie naszym zadaniem było przewidzieć na jaką wysokość wzniesie się słup cieczy w naszych naczynkach. W momencie równowagi możemy przyjąć iż:
π = ρgh
Gdzie:
ρ – gęstość cieczy (1000 [kg/m3]),
g – przyspieszenie ziemskie (9,81 [m/s2]),
h – wysokość na jaką wzniesie się słup cieczy w rurce.
Z powyższego równania wyprowadzamy wzór na wysokość słupa cieczy w rurce:
$$h = \frac{\pi}{\text{ρg}}$$
Po podstawieniu otrzymujemy:
h = 25, 26[m]
Niestety sprzęt, którym dysponowałyśmy podczas doświadczenia nie pozwalał nam na przeprowadzenie pomiarów na tak dużych wysokościach oraz nie posiadałyśmy wystarczającej ilości czasu aby sprawdzić empirycznie wiarygodność naszych obliczeń (kolejne pomiary wysokości słupa cieczy zmieniały się stopniowo o coraz mniejsze wartości podczas wykonywania ćwiczenia). Niemniej jednak wartości obliczone powyżej wyglądają wiarygodnie, ponieważ pokazują nam, iż np. drzewa wykorzystujące osmozę do transportu wody i soli mineralnych mogą wznosić ją do najwyższych części korony.
Ostatnim etapem naszego sprawozdania jest omówienie wpływu wielkości membrany, która rozdziela roztwór glikolu i wodę, na przebieg doświadczenia. Cząsteczki wody, które przenikają przez błonę półprzepuszczalną mając większą powierzchnię do pokonania, szybciej przedostają się na drugą stronę, toteż wraz ze wzrostem powierzchni membrany celulozowej wzrasta szybkość przepływu wody.