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) 2 3 4 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 5 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。 6 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。 7 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。 8 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。 9 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 10 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 11 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 12 13 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） 14 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。 15 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 16 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。 17 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） 18 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。 19 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） 20 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 21 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。 22 23 24