Transcript Physchem5_56

物理化学
5-5_6章
FUT 原 道寛
名列＿＿＿ 氏名＿＿＿＿＿＿＿
5-5 浸透圧を自分の言葉で例をあげて、述べよ。他者
と同じの場合は減点(1文字：0.1pt=10pt)
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5章溶液の性質
5.1
• 溶液の濃度
5.2
• 蒸気圧降下-ラウールの法則
5.3
• 沸点上昇
5.4
• 凝固点降下
5.5
• 浸透圧
5.6
• 液体混合物の相平衡
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5.5浸透圧
生物の機能を支えるのに大事な役割を
果たす浸透（osmosis）という現象
浸透とは，
• 溶媒と溶液が
半透膜（semipermeable membrane）で隔てられている
時に，溶媒が溶液側に通り抜ける現象
半透膜は
• 溶媒は通すが，溶質は通さない性質を持つ膜である。
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たとえば，
5.5浸透圧
• 水分子は通すほどのサイズの孔はあっても，
嵩高い溶質やあるいは
水分子で水和されたイオンは通さないもの
半透膜としては
• 酢酸セルロース膜，セロファン膜，
ヘキサシアノ鉄（Ⅱ）酸銅膜など
細胞膜
• 自然がつくった半透膜であることから，
生物学では浸透が重要
• 水が植物の根の組織により吸い上げられるのも，
細胞膜を半透膜とする浸透作用による。
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溶媒を半透膜を境にして
濃厚な溶液に接触させる
浸透圧
溶媒側から溶液側に液が
流れ込み，溶液側の高さが増す
高さが増すことにより
逆向きの圧力が生じる
さらに浸透が進めば，
逆向きの圧力も大きくなる
つり合うような圧力に達する。
膜の両側は平衡状態となる。
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平衡状態で余分に
加わっている圧力
浸透圧
• 浸透圧（osmotic pressure）
得られる浸透圧
• はじめの溶液の浸透圧とは異なるものになる。
そこで，この欠点を補う方法
• 溶媒が流れ込まないように
溶液側に圧力をかけること（図5・3（b））。
• この圧力が浸透圧となり，Πで表す。
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浸透圧
溶媒側から溶液側に
液が流れ込む浸透の現象
• 前に述べた乱れの役割が大きい。
• 純溶媒の状態は溶液の状態よりも乱れが少ない
• 溶液側に移動することにより，より乱れた状態に向う
平衡状態にある濃厚溶液側に
大きな圧力をかければ，
• 溶媒は逆向きに移動する：逆浸透（reverse osmosis）
• 海水の淡水化に利用
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浸透圧
浸透圧Π
• 束一的性質である
• 溶質の粒子数だけに依存しその性質には無関係
物質量nBの溶質が溶けている体積Ⅴの
溶液が，ある温度Tで純溶媒と接している
とき
• 浸透圧Π
•式
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浸透圧
ファントホッフの式（van’t Hoff equation）
• R：気体定数
• 溶質のモル濃度cBはcB＝nB/V
•式
希薄溶液の場合でも
• 浸透圧はかなり大きい。
•式
2.5 mの水中の高さの圧力に匹敵。
• 濃度差がわずかな溶液の間でも，その浸透圧はかなり大きくなる
• タンパク質のような巨大分子のモル質量を求める際にも使う
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5.6液体混合物の相平衡
2成分からなる液体混合物の相平衡
2成分系の平衡状態を表すため
• 温度と圧力以外にも，成分の組成が必要
• したがって，温度，圧力，組成の3種類を
座標軸にとって，
• 各相の間の平衡関係を図示する。
平面図を用いる
• 圧力一組成図（温度一定）
• 温度一組成図（圧力一定）
• 圧力ー温度図（組成一定）
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理想溶液と圧力－組成図
温度一定で溶液がその
蒸気と平衡にあるとしよう。
• 溶液に含まれるそれぞれの成分
の蒸気分圧，全組成範囲にわたって
ラウールの法則が成立するような溶液を仮定。
理想溶液（ideal solution）とよぶ。
成分1と2がともにラウールの法則に従う。
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理想溶液と圧力－組成図
理想溶液
• 成分1と2の溶液中でのモル分率をx1, x2
• 気相中における分圧をそれぞれp1, p2
•式
ここで， p1と, p2は
成分1と2の純粋液体の同じ温度での蒸気圧である。
全蒸気圧Pは分圧の法則から
•式
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理想溶液と圧力－組成図
各成分の分圧と
全圧を成分2のモル分率に
対して
プロットしたものが
図5・5であり、
それぞれ直線的に
変化していくこと
図の左端は純粋な成分1の，
また，
右端が純粋な成分2の
蒸気圧に相当。
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ファンデルワールス相互作用や大
きさが似ている分子からなる液体ど
うしは，理想溶液に近い溶液。
理想溶液と圧力－組成図
ベンゼンートルエンの系（図5・6）
多くの溶液はラウールの法則から
多少はずれる傾向
特に大きくはずれるときは
・全圧曲線に極大or極小が現れる
極大の例として
ベンゼンーニ硫化炭素（図5・7）
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液相と気相が平衡にある時
理想溶液と圧力－組成図
の気体の圧力が蒸気圧であり，
その蒸気圧が外圧と等しくなるときに沸騰が起こる。
そのときの温度が沸点である。
いま，外圧を一定として（通常は大気圧），
その外圧と同じ蒸気圧になるときの温度，
すなわち沸点と溶液の組成をプロットしたもの
温度一組成図（沸点図）図5・8べンゼンーニ硫化炭素。
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下側の曲線
• 液相の組成と沸点の関係
＝液相線（沸騰曲線）
上側の曲線
• 気相の組成と沸点との関係
＝気相線（凝縮曲線）
図中のa点は
a’点
この2点を結ぶ
直線
• 液相のある組成での沸点
• 同じ温度で溶液と平衡にある
蒸気の組成
• 連結線（tieline）
a’点の蒸気の
組成は
• もとの溶液よりも二硫化炭素の
組成に富む蒸気
分離するには
• この蒸気を冷却し引き続き沸騰させること
を繰返すことにより，二硫化炭素を分離
繰返して成分を
分離すること
理想溶液と圧力－組成図
• 分別蒸留，略して分留
（fractional distillation）
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沸点図
理想溶液と圧力－組成図
• 極大と極小が現れる2成分系
例
• 図5・9と図5・10
極大は
• 2成分の分子間で強い引力的相互作用が働き
⇒各成分よりも沸点が高くなるためである。
極小値は
• 逆に，2成分の分子間での相互作用が，
それぞれの成分の分子間よりも小さくなり
⇒沸点が下がる
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蒸気の成分は
理想溶液と圧力－組成図
• 極大点や極小点の組成の溶液を
沸騰させると，
• 溶液と同じ組成の蒸気が発生してく
る。
組成の溶液を
• 共沸混合物（azeotropic mixture）
という。
共沸混合物例
• 表5・2に示した。
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