U sadržaju ove nastavne teme naučit ćete više o preostalim koligativnim svojstvima otopina: difuziji, osmozi i osmotskom tlaku.

ISHODI UČENJA

Usvajanjem sadržaja ove Teme moći ćete odgovoriti na sljedeća pitanja:

• Objasni i shematski prikaži proces difuzije?

• Objasni i shematski prikaži proces osmoze?

• Koja pojava ograničava količinu vode u stanicama? Objasni kako?

• Objasni sljedeće pojmove: hipertonični medij (otopina), hipotonični medij (otopina), izotonični medij (otopina)?

• Objasni prilagodbu morskih i kopnenih riba na život u ova dva različita medija?

• Što sve ubrajamo u koligativna svojstva otopina?

• O čemu ovise koligativna svojstva otopina?

RAZMISLI!

◊ Što se događa kada u međusobni dodir stavimo toplije i hladnije tijelo?

Što se događa između dva sustava različitih koncentracija otopljene tvari?

URADI OVAJ JEDNOSTAVAN POKUS!

U čašu od 250 ml ulij 50 ml destilirane vode. Potom u čašu dodaj nekoliko kapi boje ili tinte. Uoči promjene! Zabilježi opažanja!

•  Što se dogodilo u čaši?
•  Što je uzrokovalo ovaj događaj u čaši?
•  Za ovaj događaj je bilo potrebno utrošiti energiju.   DA        NE
•  Kako smo mogli ubrzati ovaj događaj u čaši?

OBJAŠNJENJE POKUSA:

♦ Dodatak tinte u čašu s vodom s vremenom je prorijeđivao broj molekula vode, odnosno brojnost molekula tinte u čaši se povećala. Nakon nekog vremena voda u čaši je poprimila boju tinte.

Što bi se dogodilo da u čašu dodamo još boje ili tinte?

♦ Za ovaj proces nije bilo potrebno uložiti energiju, pa kažemo da je riječ o spontanom procesu. Molekule boje ili tinte su se raspršile u vodi, kažemo da su difundirale.

Što će se dogoditi ako u čašu sa destiliranom vodom stavimo kristal modre galice?

PROVJERI POKUSOM!

a) Nakon nekog vremena, što uočavaš u čaši?

b) Što je uzrokovalo ovaj događaj u čaši?

c) Koje tvari su difundirale i gdje?

ZADATAK:

Služeći se svojim iskustvom iz odrađenih pokusa, protumači prikaz sa slike 1.!

U kakvom su međusobnom odnosu vrijednosti N₁ i  N₂, te  c₁ i c₂ ?

Što je difuzija?

♦ Spontani proces raspršivanja ili difundiranja čestica (molekula, atoma, iona) iz otopine gdje je njihova brojnost veća (veća koncentracija) u otopinu gdje je njihova brojnost manja (manja koncentracija) nazivamo DIFUZIJOM.

♦ Modra galica se otapa u vodi. Otapanjem modre galice u vodi dobivamo otopinu gdje modra galica predstavlja otopljenu tvar, a voda otapalo. U procesu difuzije difundiraju i otopljena tvar i otapalo.

Što uvjetuje proces difuzije?

♦ Iz odrađenih pokusa i svega dosada rečenog, što možeš zaključiti, koji je glavni preduvjet procesa difuzije?

Što je cilj procesa difuzije?

♦ Kakvo stanje se u otopini modre galice uspostavilo između otapala i otopljene tvari?

O čemu ovisi tijek procesa difuzije?

♦ Kako na proces difuzije utječe veličina čestica koje difundiraju?

♦ Možemo li proces difuzije ubrzati promjenom temperature sustava?

♦ Proces difuzije uvjetuje razlika u koncentraciji između sustava i okoline. Što je razlika u koncentraciji izrazitija, to je proces difuzije izraženiji.

Ovisi li proces difuzije o vrsti tvari koje difundiraju?

Kako nazivamo svojstva otopina koja ne ovise o vrsti čestica već samo o njihovoj brojnosti odnosno koncentraciji?

♦ Kojim procesom voda iz tla ulazi u korijen biljke?

♦ Kojim procesom voda ulazi u sve stanice živih bića?

URADI OVAJ JEDNOSTAVAN POKUS!

Krumpir oguli i prereži na dva jednaka dijela. Jednu polovicu izdubi pazeći da je ne probušiš. U udubljeni dio stavi žlicu šećera. Pripremljenu polovicu krumpira uroni u Petrijevu zdjelicu (ili neku malo dublju staklenu zdjelicu) koju si napunio otopinom boje (posluži se otopinom boje iz 1. pokusa!). Otopina se ne smije prelijevati preko rubova krumpira i kvasiti šećer u krumpiru! Ostavi da odstoji neko vrijeme!

Nakon nekog vremena uoči promjene i zabilježi ih!

• Što se dogodilo sa šećerom u udubini krumpira?
• Jesi li opazio/la neke promjene i na samom krumpiru? Opiši promjene!
• Što je uzrok ovih promjena?
• Koja je uloga krumpira u ovom pokusu?

OBJAŠNJENJE POKUSA:

♦ Krumpir u našem pokusu predstavlja membranu koja obavija sve stanice živih bića. Membrana je polupropusna ili semipermeabilna, što znači da propušta određene tvari. Udubina u kojoj se nalazi šećer predstavlja stanicu koja je osnovna gradivna jedinica svih živih bića.

♦ Šećer u udubini se nakon nekog vremena otopio jer je krumpir (membrana) propustio vodu u udubinu. S vremenom se i krumpir obojio. Boja nam je poslužila kao reagens za dokazivanje propusnosti membrane za vodu.

♦ Voda je difundirala iz prostora gdje je prisutna u većoj koncentraciji u prostor gdje je njezina koncentracija manja (slika 2.).

Što se događa sa molekulama šećera s druge strane membrane?

♦ Membrana propušta molekule vode, ali ne propušta molekule šećera koje su veće od molekula vode.

♦ Ovaj proces difuzije vode kroz polupropusnu (semipermeabilnu) membranu nazivamo OSMOZOM.

♦ Procesom osmoze voda ulazi u sve stanice živih bića.

• O čemu ovisi proces osmoze?

• S obzirom na utrošak energije, kakav proces predstavlja osmoza?

• Kako se regulira količina vode u stanicama živih bića?

Što stvara tekućina u nekoj posudi?

♦ Otprije nam je poznato da svaka tvar, pa tako i tekućina svojom težinom stvara pritisak ili tlak. Ovaj tlak stupca tekućine naziva se hidrostatskim tlakom.

♦ Hidrostatski tlak jednak je umnošku gustoće tekućine (ρ), ubrzanja sile teže (g) i visine stupca tekućine (h).

♦ Budući da smo rekli da je membrana polupropusna, tj. propušta molekule vode koje su manje u odnosu na molekule šećera koje membrana ne propušta, voda neprestano difundira iz izvanstaničnog prostora u stanicu i obratno.

♦ Poznato nam je da svaki sustav teži postizanju ravnotežnog stanja, pa tako i stanica-izvanstanični prostor.

♦ Prolaskom kroz membranu stanica voda izaziva pritisak odnosno tlak na membrani. Ovaj tlak se naziva OSMOTSKIM TLAKOM.

♦ Voda će iz izvanstaničnog prostora ulaziti u stanicu sve dok se ne izjednači njezina koncentracija između stanice i izvanstaničnog prostora, odnosno dok se ne uspostavi ravnoteža dvaju tlakova, osmotskog i hidrostatskog tlaka.

♦ U stanju ravnoteže jednak je broj i brzina molekula u oba pravca.

♦ Ukoliko u stanicama ima previše vode one će nabubriti i puknuti. Ukoliko ima premalo vode u stanicama, one će se smežurati.

Kako označavamo osmotski tlak?

Fizikalna oznaka za osmotski tlak je π (grčko slovo pi), a fizikalna jedinica je paskal (Pa).

O čemu ovisi osmotski tlak?

Osmotski tlak proporcionalan je količini otopljene tvar, a obrnuto proporcionalan volumenu otopine.

π ~ n

π ~ 1/V

Kako izražavamo osmotski tlak?

Jednadžba kojom izračunavamo osmotski tlak neke otopine glasi:

π  = n R T / V    [ Pa ]

π = osmotski tlak otopine (Pa)

V = volumen otopine ( m³ )

R = opća plinska konstanta koja iznosi 8,314 Pa m³ mol^-1 K^-1

T = termodinamička temperatura sredine (K)

Jednadžbu za izračunavanje osmotskog tlaka otopine možemo napisati i u sljedećem obliku:

π = c R T

Protumači zašto?

♦ Osmotski tlak ovisi samo o količini odnosno koncentraciji čestica, a ne ovisi o vrsti čestica.

♦ Prema tome, osmotski tlak, kao i difuzija i osmoza, predstavlja koligativno svojstvo otopina.

♦ Kod tvari koje u otopini disociraju, moramo u postojeću jednadžbu uvesti vrijednost van’t Hoffovog faktora, te dobijemo sljedeći oblik jednadžbe:

π = i c R T

ZADACI:

1. Izračunaj osmotski tlak otopine šećera pri 25 °C ako je koncentracija šećera u toj otopini 2,5 mmol L^-1?
2. Pri 20 °C u 100 g vode otapa se 36 g kuhinjske soli (NaCl). Izračunaj osmotski tlak ove otopine?

Kako možemo podijeliti otopine s obzirom na količinu otopljene tvari i otapala?

♦ Dosada smo mogli uvidjeti da se otopine međusobno razlikuju s obzirom na količinu otopljene tvari i otapala. Također smo mogli uvidjeti da dvije otopine mogu doći u međusobni dodir i tako potaknuti spontane procese difuzije i osmoze. U kojem pravcu će ići ova dva procesa, ovisi upravo o sastavu kontaktnih otopina. Pokušajmo ovu tvrdnju provjeriti pokusom!

URADI OVAJ JEDNOSTAVAN POKUS!

U jednu čašu ulij destiliranu vodu, a u drugu otopinu kuhinjske soli. U obje čaše stavi mrkvu i ostavi da odstoji 24 h. Nakon 24 h uoči promjene u čašama i zabilježi ih!

Gdje je došlo do značajnijih promjena? Pokušaj protumačiti zašto?

Koji proces si opazio/la?

Ako promatramo mrkvu kao stanicu, a otopinu u čaši kao izvanstanični prostor, odgovori na sljedeće pitanje!

• Kakav je odnos koncentracija otopljenih tvari u čaši sa destiliranom vodom i u čaši sa otopinom kuhinjske soli između stanice i izvanstaničnog prostora?

OBJAŠNJENJE POKUSA:

♦ U čaši sa destiliranom vodom i mrkvom je veća koncentracija otopljenih tvari u stanici (mrkva) nego izvan nje (destilirana voda), pa voda ulazi u stanicu kako bi razrijedila taj prostor, odnosno kako bi se uspostavila ravnoteža između stanice i izvanstaničnog prostora s obzirom na koncentraciju čestica otopljene tvari i otapala. Ovakav medij ili otopinu nazivamo hipotoničnom otopinom.

♦ U čaši sa otopinom kuhinjske soli i mrkvom uočili smo značajnije promjene, mrkva se smežurala. Razlog ovakvoj promjeni je veća koncentracije otopljenih tvari izvan stanice nego u stanici, te voda iz mrkve izlazi u čašu zbog težnje za uspostavljanjem ravnoteže koncentracija čestica otopljenih tvari i otapala između stanice i izvanstaničnog prostora. Ovakav medij ili otopinu nazivamo hipertoničnom otopinom.

♦ Medij ili otopina gdje je jednaka koncentracija otopljenih tvari i otapala unutar i van stanice naziva se izotoničnom otopinom.

U nastavku riješi kviz kako bi tvoje učenje bilo potpuno!

Provjeri svoje znanje o difuziji, osmozi i osmotskom tlaku!

Što čujem zaboravim, što vidim pamtim, što uradim znam!

DIFUZIJA, OSMOZA I OSMOTSKI TLAK

e-učenje kemije