技能一覧 › 高校化学 溶液の性質(知識)

半透膜と浸透圧

半透膜を溶媒分子は通るが溶質粒子は通らないため、溶媒が純溶媒側から溶液側へ移動する(浸透)ことと、それを止めるのに必要な圧力が浸透圧であり、溶質粒子のモル濃度と絶対温度に比例すること(ファントホッフの法則 )を説明でき、浸透に関する記述の正誤を判定できる

前提

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説明

セロハンや細胞膜のように、水などの小さな溶媒分子は通すが、溶質の粒子は通さない膜を半透膜といいます。半透膜で溶液と純溶媒を仕切ると、溶媒が純溶媒側から溶液側へしみ込む「浸透」が起こり、それを止めるのに必要な圧力を浸透圧といいます。この技能では、浸透が起こる理由と、浸透圧が溶質粒子のモル濃度と絶対温度に比例すること(ファントホッフの法則 )を説明でき、浸透についての記述の正誤を判定できるようになります。

なぜそうしてよいのか

U 字管の底を半透膜で仕切り、片側に純水、もう片側にスクロース水溶液を同じ高さまで入れたとします。水分子は熱運動をして膜に次々とぶつかり、膜の小さな穴を通り抜けて両方向に行き来します。ところが溶液側では、膜に接する部分の一部を溶質粒子が占めているので、同じ時間に膜を通り抜ける水分子の数が純水側より少なくなります(溶質粒子は大きくて膜を通れません)。差し引きすると、水は純水側から溶液側へ多く移動し、溶液側の液面が上がっていきます。これが浸透です。蒸気圧降下で、溶質粒子があると溶媒分子が液面から飛び出しにくくなったのと同じ考え方です。

溶液側の液面が上がると、液柱の重さによる圧力が溶液側にかかり、溶液側から純水側へ水を押し戻す働きが強まります。やがて両方向の移動がつり合い、見かけ上の浸透が止まります。はじめから液面の高さを同じに保ったまま浸透を止めるには、溶液側に余分な圧力を加える必要があり、この圧力を溶液の浸透圧 といいます。2 つの溶液を仕切ったときは、溶質粒子の濃度が小さい側から大きい側へ溶媒が移動します。

浸透は溶媒の動きをじゃまする溶質粒子の「数」で決まり、溶質の種類にはよりません。うすい溶液では、浸透圧は溶質粒子のモル濃度 (mol/L)と絶対温度 (K)に比例し、 と表されます。これは を代入すると となり、気体の状態方程式と同じ形で、比例定数 も気体定数そのものです( を Pa、 を L で表すときは )。電解質は電離して粒子が増えるので、例えば は粒子 として扱います。

手順

  1. 半透膜を通るのは溶媒分子だけで、溶質粒子は通らないことを確認する

  2. 溶媒の移動の向きを判定する: 純溶媒側(溶質粒子の濃度が小さい側)から溶液側(濃度が大きい側)へ移動する

  3. 浸透圧は、浸透を止めるために溶液側に加える圧力であることを確認する

  4. を使って、浸透圧が溶質粒子のモル濃度 と絶対温度 に比例し、溶質の種類にはよらないことで判定する(電解質は電離後の粒子の総数で を数える)

例題

浸透と浸透圧について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 純水とスクロース水溶液を半透膜で仕切ると、スクロース分子が水溶液側から純水側へ移動する。
イ うすい溶液の浸透圧は、温度が一定なら溶質粒子のモル濃度に比例し、モル濃度が一定なら絶対温度に比例する。
ウ 同じモル濃度の非電解質の水溶液どうしでは、溶質の分子量が大きいほど浸透圧が大きい。
エ 同じ温度で同じモル濃度の塩化ナトリウム水溶液とグルコース水溶液では、浸透圧は等しい。

例題の解答

ア: 手順 1・2 を使う。半透膜を通るのは溶媒の水分子だけで、スクロース分子は通らない。移動するのは水で、向きは純水側から水溶液側である。誤り。

イ: 手順 4 を使う。 より、 一定なら は に比例し、 一定なら は に比例する。正しい。

ウ: 手順 4 を使う。浸透圧は溶質粒子のモル濃度で決まり、溶質の種類や分子量にはよらない。誤り。

エ: 手順 4 を使う。 と電離するので、粒子のモル濃度はグルコース水溶液の約 2 倍になり、浸透圧も大きい。誤り。

よって正しいのはイ。

答え:

イ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること