Osmose sur plus

Original: http://urila.tripod.com/osmosis.htm


URI Lakish, guma science

Pourquoi la pression osmotique d’une solution est égale à une pression de gaz de la même concentration de particules ?
Résumé

La pression osmotique est une conséquence directe de la Loi de la conservation du moment linéaire.
Chaque molécule dans une solution, le solvant ou le soluté, interagit avec ses voisins. La moyenne globale élan livré à une molécule par ses voisins est égale à zéro, sinon, la molécule se déplace et suivre la direction de la dynamique différente de zéro, selon la seconde loi de Newton. Par conséquent, selon la troisième loi de Newton, l’élan global moyen assurant à ses voisins une molécule est également zéro. Fluctuations de la quantité de mouvement non nulle existent, cependant et générer le mouvement brownien.
Une molécule de soluté située à proximité de la membrane semi-perméable interagit avec la membrane et livre élan à elle dans un certains sens spécifique. Par conséquent, il doit livrer une dynamique différente de zéro pour ses molécules de voisin dans d’autres directions. L’élan global moyen, livré par la molécule de molécules de la membrane et le voisin, doit être égal à zéro. L’élan livré aux transferts voisins suite à prochaines molécules voisin par le biais de la solution, enfin atteint les limites de la solution et génère la pression osmotique.
Gaz dans une boîte
Particules de gaz, placées dans un carton, entrent en collision avec ses murs et élan de transfert à eux durant chaque collision. La pression du gaz est égale à l’impulsion transférée d’une unité de surface d’un mur, au cours d’une unité de temps.
Dans un gaz parfait les particules ne se heurtent pas entre eux, mais seulement avec les murs. Une seule particule déplace arbitrairement le long d’une direction jusqu’à ce qu’il frappe un mur, puis il change de direction et la vitesse et se déplace vers un autre mur. La Loi de la conservation du moment linéaire exige que sur la moyenne de nombreuses collisions la particule transfère un élan similaire dans toutes les directions.
La vitesse thermique moyenne de la particule et par conséquent, sa quantité de mouvement linéaire, augmente à des températures plus élevées.
Si une paroi de la boîte est une cloison mobile, le gaz va pousser, contre une force d’opposition, par une force égale aux fois de pression la zone de partition (Fig. 1). Si la force de gaz est supérieure à la force d’opposition, le volume de la boîte est développés. Les particules qui entrent en collision avec la cloison mobile vont transformer leur énergie cinétique thermique en travail mécanique macroscopique. Si la force adverse est supérieure à la force des gaz, il va compresser le gaz et transformer le travail mécanique du mouvement en énergie thermique des particules.

Fig. 1 gaz pousse une partition avec une force égale aux pression fois la zone de la partition. La pression est égale à l’impulsion transférée d’une unité de surface d’un mur, au cours d’une unité de temps.
Liquide
Particules liquides se déplacent librement à l’égard de l’autre, mais le liquide est pratiquement incompressible. Les distances moyennes entre les particules et le volume de liquid, sont presque indépendantes des forces extérieures. Attraction des particules, qui prédomine sur de longues distances, soldes répulsion de particules qui prédomine à des distances plus courtes, et la force nette entre les particules est égale à zéro à la distance d’équilibre.
L’impulsion thermique d’une particule dans un liquide est l’élan même si elle avait été dans une phase gazeuse. Toutefois, dans le liquide il déplace à une courte distance dans une direction spécifique avant qu’il entre en collision avec une particule voisin et change sa direction.
Lorsque la limite d’un liquide bloque la circulation instantanée d’une particule, la particule va transférer l’élan jusqu’à la limite et générer une pression sur elle comme une particule de gaz. Les collisions des particules entre elles et avec la limite liquide, entraîner une petite extension du volume liquide. L’expansion induit une force d’attraction de particule net qui équilibre la pression sur la limite liquide. Il n’y a aucune force extérieure qui cimente le liquide et équilibre la pression comme dans le cas d’un gaz dans une boîte. Aucun travail est effectué par ou sur des forces extérieures.
Est la pression interne au sein d’un liquide réel ? Eh bien, par exemple, dans une étoile la force d’attraction gravitationnelle équilibre la pression thermique « liquide ». Lorsque l’étoile se refroidit, la pression va baisser et l’étoile se rétrécir ou s’effondrer. Ainsi, la pression dans un liquide semble bien réelle au moins à l’échelle cosmologique.
Figure 2 illustre un jouet de billes d’acier, accroché sur le fil le long d’une ligne, ce qui illustre le transfert d’impulsion entre particules liquides. Une boule à une extrémité est déplacée loin et lâcher prise. La balle frappe son voisin, transfère l’élan qui lui et s’arrête. Chaque boule le long de la ligne transfère à son tour l’élan de son prochain voisin, sans mouvement apparent. À la réception de l’impulsion, la dernière boule est déplacée depuis la ligne de la même distance que celle de la première balle.

Fig. 2 déplacées ball hits, une série de boules accrochée le long d’une ligne. Chaque balle transfère l’élan de son prochain voisin, sans mouvement apparent. La dernière boule est déplacée par la même distance que celle de la première balle.
Une particule liquide qui frappe une particule voisin, transfère élan vers elle et commence une série compliquée de plus des collisions de particules dans toutes les directions. Toutefois, la Loi de la conservation du moment linéaire exige que l’élan associée à des collisions pourront progresser dans la direction la première grève. Les collisions se propager jusqu’à ce qu’ils atteignent les limites liquides et transférer l’élan vers eux. Sur la moyenne de nombreuses collisions avec ses voisins une particule liquide transfère l’élan même dans toutes les directions, comme une particule de gaz. Dans les deux cas, la Loi de la conservation du moment linéaire exige que la moyenne de la somme vectorielle des moments, livré par la particule, est nulle.
Solution
Considérons un liquide dans une boîte, séparé par une membrane semi-perméable en deux volumes (Fig. 3), un seul volume contient aussi des particules dissoutes. La membrane permet le liquide s’écouler librement à travers elle, mais bloque le mouvement du soluté.

Fig. 3 les particules dissoutes, bloqués par une membrane semi-perméable, génèrent la pression osmotique sur toutes les limites du volume qui les contient. Les courbes de la pression de la surface d’une membrane flexible et de toute autre limite flexible de la solution.
Lorsqu’une série de collisions entre particules liquides atteint la membrane, peu importe qui est la dernière particule plus proche de vous à elle. Une particule liquide transférera la dynamique par l’intermédiaire de la membrane dans le liquide pur vers la limite opposée. Une particule de soluté va transférer l’élan vers la membrane et générer une pression sur elle, la pression osmotique.
Une particule de soluté qui est entré en collision avec la membrane va rebondir et transférer l’élan d’une particule liquide à proximité. Cette dynamique est encore transféré par des collisions entre particules liquides jusqu’à ce qu’il atteigne la limite opposée de la solution et générer une pression sur elle. De cette façon des particules de solutés, situés près de la membrane, génèrent la pression osmotique sur toutes les limites de la solution et pas seulement sur la membrane.
La pression osmotique sur toutes les limites de la solution est la conséquence directe de la Loi de la conservation du moment linéaire. Une particule de soluté, qui a livré le momentum à la membrane, doit livrer élan aussi aux autres limites afin d’équilibrer la dynamique globale moyenne à zéro.
Une série de collisions entre particules liquides qui commence ou se termine à la membrane provoque la pression osmotique. Série de collisions qui commencent et se terminent aux autres limites de contribue à la pression interne de liquide et n’affecte pas la pression osmotique.
L’impulsion thermique moyenne des particules de solutés est le même dans une solution que dans une phase gazeuse à la même température. Ce n’est pas une coïncidence, donc, que la pression osmotique est égale à une pression de gaz parfaits de la même concentration de particules. À cet égard, les deux systèmes diffèrent uniquement par le mécanisme de transfert d’impulsion d’un mur. Une particule de gaz se déplace entre les murs et transferts « personnellement » l’élan pour eux. Une particule de soluté transfère l’élan vers les limites de la solution grâce à une série de plusieurs collisions de particules dans le liquide.
La pression osmotique se courbe de la surface d’une membrane assez souple et pourrait même le déchirer si la membrane n’est pas assez forte. Il sera également courbe toute autre limite flexible de la solution.
Citations
« Le mécanisme par lequel, selon nos conceptions actuelles, la pression élastique des gaz est produite est essentiellement la même que celle qui donne lieu à la pression osmotique dans les solutions. Ça dépend, dans le premier cas, sur l’impact des molécules de gaz contre la paroi du récipient ; dans le second, sur l’impact des molécules de la substance dissoute contre la membrane semi-perméable, depuis les molécules du solvant, étant présent sur les deux côtés de la membrane à travers lequel ils passent, n’entrent pas en considération. »
J.H. van ‘ t Hoff, « Die Rolle osmotischen Drucks in der Analogie zwischen Losungen und Gasen », Zeitschrift fur physikalische Chemie, vol 1, pp. 481-508 (1887)
traduit par W. Ramsay, Philosophical Magazine, S. 5. vol. 26. N ° 159. Août, pp. 81-105 (1888)
dans : la théorie moderne de la Solution, mémoires de Pfeffer, Van ‘ t Hoff, Arrhenius et Raoult,
traduit et édité par Harry C. Jones, Harper & Brothers Publishers, New York et Londres, pp. 11-42 (1899)

“Nous devons présumer que les particules en suspension effectuent un mouvement irrégulier même si un très lent dans le liquide, en raison du mouvement moléculaire du liquide ; Si ils sont empêchés de quitter le volume V * par la partition, ils exerceront une pression sur la partition à l’instar de molécules en solution. »
A. Einstein, Ann. d. Phys., 17, p. 549, 1905,
« Enquêtes sur la théorie du mouvement brownien », édités par R. Furth, traduit par A.D. Cowper, Dover Publications, Inc., New York (1956), p. 3.
“Nous considérons un récipient divisé en deux parties par une membrane semi-perméable avec solvant pur dans chaque partie. Puisque le solvant peut circuler librement à travers la membrane semi-perméable, la pression sur les deux côtés de la membrane sera le même. Maintenant, nous devons dissoudre certaines substances dans une partie et pas l’autre. Ensuite la pression sur le côté de la membrane vers la solution passera par les impacts contre elle des molécules des substances dissoutes, qui ne peut pas passer à travers la membrane et qui se déplacent avec une vitesse qui dépend de T. Plus le nombre de molécules dissoutes et la température est élevée, le plus grand sera le nombre d’impacts par unité de temps et, par conséquent, plus la pression osmotique.
Il peut être démontré de la théorie cinétique que les vitesses des molécules des substances dissoutes ne sont pas affectés par les molécules en solution, mais sont égales à la vitesse qu’ils auraient s’ils étaient à l’état gazeux. Par conséquent, le nombre et l’intensité de l’impact des molécules des substances dissoutes contre la membrane sont égaux le nombre et l’intensité des impacts que l’on attend d’un gaz. Les pressions qui s’exercée dans les deux cas est donc égaux. »
E. Fermi, « Thermodynamique », Dover Publications, Inc., New York (1956), p 122.
Osmose, de diffusion et de réversibilité
Fig. 4 montre un navire divisé par une membrane semi-perméable en un côté gauche qui contient la solution et une droite qui contient de l’eau pure. Une cloison mobile pousse l’eau à travers la membrane.

Fig. 4 navire divisé par une membrane semi-perméable en un côté gauche qui contient la solution et une droite qui contient seulement de l’eau pure. Une cloison mobile pousse l’eau à travers la membrane.
Pression externe de la partition sur la solution de contrôle de la direction et la vitesse d’écoulement de l’eau à travers la membrane semi-perméable. Si la pression extérieure est égale à la pression osmotique, il y n’aura aucun débit d’eau. Si la pression extérieure est légèrement supérieure à la pression osmotique, cela force l’eau s’écouler du côté solution, à travers la membrane, vers le côté de l’eau pure. Si la pression extérieure est légèrement inférieure à la pression osmotique, cet acte va entraîner écoulement d’eau provenant du côté de l’eau pure dans le côté de la solution. Ainsi, la pression extérieure contrôle le débit d’eau à travers la membrane. Un processus, une force externe contrôle la direction et le taux de variation d’un paramètre dans un système, est un processus thermodynamique réversible.
Quand le sel solide est mis dans l’eau, qu’il se dissoudra et les particules de sel diffusera et devenir tout aussi dispersés dans le volume d’eau. Force extérieure ne peut pas arrêter et inverser le mouvement des diffus particules de sel. La diffusion est un processus thermodynamique irréversible.
L’osmose est un processus thermodynamique réversible, par conséquent, la diffusion n’est pas l’osmose. La diffusion est irréversible.
Citation
“Il a été déjà mentionné plus haut qu’un cylindre, doté de parois semi-perméable et piston, immergé dans le solvant, permet de tout changement souhaité en concentration à produire dans la solution sous le piston en exerçant une pression sur le piston, tout comme un gaz est comprimé et pouvez développer ; seulement que, dans le premier cas, le solvant, dans ces changements de volume, se déplace à travers la paroi du cylindre. Ces processus peuvent, dans les deux cas, préserver la condition de réversibilité avec le même degré de facilité, autant que la pression du piston est égale à la pression contraire, c’est-à-dire, des solutions, à la pression osmotique. »
J.H. van ‘ t Hoff, « Die Rolle osmotischen Drucks in der Analogie zwischen Losungen und Gasen », Zeitschrift fur physikalische Chemie, vol 1, pp. 481-508 (1887)
traduit par W. Ramsay, Philosophical Magazine, S. 5. vol. 26. N ° 159. Août, pp. 81-105 (1888)
dans : la théorie moderne de la Solution, mémoires de Pfeffer, Van ‘ t Hoff, Arrhenius et Raoult,
traduit et édité par Harry C. Jones, Harper & Brothers Publishers, New York et Londres, pp. 11-42 (1899)
Sur le net : décembre 2001, révisée en janvier 2002, Résumé juin2003, citations ajoutés février 2004.
Voir :
Par l’auteur :

« Effet thermoélectrique Peltier Seebeck et Thomson »,

Résumé : http://urila.tripod.com/Thermoelectric_abstract.htm

Page complète : http://urila.tripod.com/Thermoelectric.pdf, février 2014.

« Dessalement par osmose et Carnot », http://urila.tripod.com/Osmosis_Carnot.htm, décembre 2012.

« Light Scattering », http://urila.tripod.com/scatter.htm, août (2011).

« Le soleil et la lune, une énigme dans le ciel », http://urila.tripod.com/moon.htm, juillet (2011).

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« Preuve de Van ‘ t Hoff », http://urila.tripod.com/evidence.htm, octobre (2007).

« Osmose et thermodynamique », http://urila.tripod.com/osmotic.htm, janvier (2007).

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« Optimisation de l’efficacité du Reverse osmose l’eau de mer dessalement », http://urila.tripod.com/Seawater.htm, mai (2002).

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« Énergétique du dessalement de l’eau de mer », http://urila.tripod.com/desalination.htm, avril (2000).

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« Pression de vapeur, d’ébullition et des températures de congélation d’une Solution », http://urila.tripod.com/colligative.htm, décembre (1998).

« Osmose osmose et osmotique pression ce qu’ils sont », http://urila.tripod.com/index.htm, février (1998).

« Calcul des coefficients linéaires dans des processus irréversibles par des arguments cinétiques », American Journal of Physics, vol. 46 (11), p. 1163-1164, novembre (1978).

« Dérivation de certaines propriétés de base des solutions de processus de collisions élastiques et gaz idéaux », Journal of Chemical Education, vol. 55 (6), p. 369-371, juin (1978).

Liens :
  1. Laboratoire de recherche de thermodynamique, http://www.uic.edu/~mansoori/Thermodynamics.Educational.Sites_html
  2. Thermodynamik Warmelehre, http://www.schulphysik.de/thermodyn.html
  3. Les aveugles et l’éléphant
  4. Mon Spin en folie
  5. Cinq semaines en ballon
  6. Le premier homme que j’ai vu
  7. « Plus vite, plus vite! »
  8. La perfection ne peut être transportée
  9. L’homme plu haut
  10. Cerveaux
  11. Les passagers de première classe
  12. autres

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