渗透压定律是由范特霍夫(van’t Hoff)在1886年提出的,它描述了稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度之间的关系。渗透压定律的公式为:πV=nRT,其中π表示渗透压,V是溶液的体积,n是溶质的摩尔数,R是理想气体常数,T是热力学温度。
将溶液和水置于U型管中,在
U型管中间安置一个
半透膜,以隔开水和溶液,可以见到水通过半透膜往溶液一端跑,若于溶液端施加压力,而此压力可刚好阻止水的渗透,则称此压力为
渗透压,渗透压的大小和溶液的重量
摩尔浓度、溶液温度和溶质
解离度相关,因此有时若得之渗透压的大小和其他条件,可以反推出
大分子的分子量。范特霍夫因为渗透压和
化学动力学等方面的研究获得第一届
诺贝尔化学奖。
式中π为稀溶液的渗透压,V为溶液的体积,c为溶液的浓度,R为
气体常数,n为溶质的
物质的量,T为
绝对温度。
上式称为范特霍夫公式,也叫渗透压公式。常数R的数值与π和V的单位有关,当π的单位为kPa,V的单位为升(L)时,R值为8.31kPa·L·K-1·
mol-1。
范特霍夫公式表示,在一定温度下,溶液的渗透压与单位体积溶液中所含溶质的
粒子数(
分子数或离子数)成正比,而与溶质的本性无关。
对于相同cB的
非电解质溶液,在一定温度下,因为单位体积溶液中所含溶质的粒子(分子)数目相等,所以渗透压是相同的。如0.3mol·L-1
葡萄糖溶液与0.3mol·L-1
蔗糖溶液的渗透压相同。但是,相同cB的
电解质溶液和非电解质溶液的渗透压则不相同。例如,0.3mol.L-1
NaCl溶液的渗透压约为0.3mol.L-1葡萄糖
溶液渗透压的2倍。这是由于在Na
Cl溶液中,每个NaCl粒子可以离解成1个Na 和1个Cl-。而葡萄糖溶液是非电解质溶液,所以0.3mol·L-1NaCl溶液的渗透压约为0.3 mol·L-1葡萄糖溶液的2倍。
由此可见,渗透压公式中,对电解质溶液来说,浓度cB(或mB)是1升溶液中能产生渗透效应的溶质分子与离子总物质的量,称为渗透
物质的量浓度。
通过测定溶液的渗透压,可以计算溶质的
相对分子质量。如果溶质的质量为m,
摩尔质量为M。实验测得溶液的渗透压为π,则该溶质的相对分子质量(数值等于摩尔质量)可通过下式求得: