Если в сосуд с концентрированным водным раствором сахара осторожно налить слой чистой воды, то сначала между ними будет наблюдаться четкая граница раздела. Это особенно хорошо видно, если раствор окрашен. Через некоторое время в результате хаотического движения молекул сахара они распределяться равномерно по всему объему жидкости. Одновременно молекулы воды проникают в слой концентрированного раствора сахара разбавляя его. Это процесс протекает до тех пор, пока не произойдет полного выравнивания концентрации сахара во всем объеме раствора. Этот процесс называется диффузией. Термодинамически диффузия является самопроизвольным и необратимым процессом, сопровождающимся увеличением энтропии системы. С молекулярно-кинетической точки зрения – этот процесс является следствием теплового движения частиц растворенного вещества.
Диффузия играет важную роль в жизнедеятельности организмов, в природных и технологических процессах. Так перемещение различных питательных веществ и продуктов обмена в живых организмах связано с диффузией. В технологии приготовления пищи явление диффузии имеет место при вымачивании рыбы, извлечении экстрактивных веществ, при варке пищевых продуктов и т.п.
Диффузия может идти и в том случае, если между раствором и растворителем (или между растворами с разной концентрацией) поместить полупроницаемую мембрану – особую пленку, обладающую способностью пропускать молекулы растворителя (они к.п. меньше по размеру) и не пропускать молекулы растворенного вещества. При этом наблюдается односторонняя диффузия. На этом основаны методы очистки растворов диализом. Односторонний переход растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией называется осмос. Объем раствора в результате осмоса увеличивается , при этом возникает давление на стенки сосуда, в котором находится раствор. Это давление называется осмотическим.
Давление
столба жидкости (гидростатическое)
определяемой высотой h препятствует осмосу. Когда они сравняются,
наступит равновесие. По высоте подъема жидкости в трубке можно вычислить
гидростатическое давление, которое в данном случае равно осмотическому. Его
выражают в атмосферах (атм) или миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.), а в
системе СИ в паскалях (Па).
Пользуясь
этим соотношением можно вычислить осмотическое давление раствора, если известны
его концентрация и температура. Зная осмотическое давление при какой-то
температуре, можно вычислить концентрацию раствора, а также можно определить
молекулярную массу растворенного вещества.
Практическое
значение осмоса в жизнедеятельности животных и растений очень велико. Осмос
обуславливает такие явления как плазмолиз
и тургор в живых клетках. При
плазмолизе клетки теряют воду, что приводит к уменьшению объема и нарушению
физико-химических процессов. При всасывании воды в клетку происходит увеличение
ее объема это состояние называется тургором.