化学II 浸透圧について

質問

半透膜で中央を仕切ったＵ字管の左に水、右にスクロース水溶液を入れて、
両方の液面の高さを同じにする。十分時間をおくと液面の高さにhの差が生じ、
スクロース側の液面が高くなった。（状態１）
「次に左右に、体積Ｖの水を加え放置したところ、液面の差はhより小さくなった。」・・・
とあり、「」についてなのですが、
左右に、体積Ｖの水を加え放置すると、右側はスクロースに対する水の量が増える
（スクロースの濃度が小さくなる）ために、左から右に移動する水分子の数が（状態１）
のときより減少するので浸透圧が小さくなる。そのため液面差はhより小さいh'になる。

π=ＣＲＴ、体積モル濃度が低くなることより浸透圧も小さくなるので液面差がhより
小さくなるのはなんんとなく分かるのですが、

右側はスクロースに対する水の量が増える
（スクロースの濃度が小さくなる）ために、左から右に移動する水分子の数が（状態１）
のときより減少するので浸透圧が小さくなる。
左から右に移動する水分子の数が（状態１）のときより減少する
というのがよく分かりません。濃度が小さくなって移動する水分子の数はどうして減少するんですか？

回答No.2

Quarks · ベストアンサー

浸透現象で、水が移動する、というとき、ミクロレベルでどのようなことが起こっているかをイメージすると、状況を理解できるのではないでしょうか。

設定された状況で考えます。
(1)水を追加する前の、液面の高さがまだ同じ頃
　水が、左側→右側に移動する。
マクロな観察ではこう見えるのですが、ミクロレベルで見ると、実は、水分子は、　左→右　向きだけに移動しているわけではなくて、逆の　右→左　向きに移動する分子もあることはご存じでしょう。ただ、それぞれの向きに進む分子の個数に違いがあるのです。
　左側は水ばっかりですが、右側は水分子と（半透膜を通れない）スクロース分子とが混在しています。
　こんな状況なら、　左→右　に移動する水分子数の方が、右→左　に移動する水分子より多くなることが想像できます。
　極めて単純化したモデルでイメージしましょう。たとえば、左に100個の水分子が有れば、これら100個は全部　左→右　に移動します。
一方、右には70個の水分子と30個のスクロース分子が有るとすると、右→左　に移動できるのは水分子だけですから、差し引き　100-70=30個　の水分子が　左→右　に移動したように見えるわけです。

(2)液面の高さに差が生じ始めると、右の圧力が高くなりますから、右側から分子が押し寄せる傾向が前以上に強くなります。水分子の密度が小さくても（スクロースが溶けていても）、右→左　に移動する水分子の個数は徐々に増えていきます。
観察していると、単位時間内に　左→右　に移動する水　の量が小さくなっていくように見えるわけです。

(3)左右両方に、同じ量の純水を追加した後
圧力差は(2)の時と同じです。しかし、右側の濃度が薄くなります。濃度が薄くなるということは、割合として水分子の割合が増えるということですから、
右→左　に移動する水分子の個数がますます増加することを意味します。
一方、左側は、相変わらず水ばかりで（しかも、(2)の時と同じ圧力差を保っていますから）すから　左→右　に移動する水分子数は変化しません。
こして、差し引きの結果、単位時間内に　左→右　に移動する水分子数　は、ますます小さくなっていくことでしょう。観察していると、水の移動が鈍ってくるように見えるわけです。

お礼

(3)を読んで理解できました。
また、何かあればよろしくお願いします。

回答No.1

htms42

どこに疑問を持たれたのかがはっきりとは理解できません。
浸透圧の式は平衡が実現した時の状態に対して当てはまります。
その圧力は液面の高さの差で決まる圧力と釣り合っています。
Ｕ字管の内面の断面積が左右ともにＳであったとします。
体積の差はｈＳですから移動した水の体積はｖ＝ｈＳ／２です。

＞「次に左右に、体積Ｖの水を加え放置したところ、液面の差はhより小さくなった。」

この文章にあいまいさがあります。

（１）「ｈだけ高さに差のある状態に体積Ｖの水を継ぎ足したとき」
ということか、
（２）「初めの液面の高さをそろえたというところ（どちらの体積もＶo）を体積Ｖの水を加えた状態（どちらの体積もＶO＋Ｖ）でやりなおした」
ということかです。

（１）であれば液面の高さの差がｈのままで体積がＶ増加します。右側のショ糖溶液の濃度は小さくなっていますから高さｈの差とは釣り合いません。水が少し、左に移動して釣り合います。

＞π=ＣＲＴ、体積モル濃度が低くなることより浸透圧も小さくなるので液面差がhより
小さくなるのはなんんとなく分かるのですが、
これは（２）で考えているということですね。
その場合、比べているのは体積Ｖoからスタートした時と体積Ｖo＋Ｖからスタートした時とです。
液面の高さの差が小さくなっていれば、移動した水の量は少なくなっているはずです。

お礼

正しくは（１）の状態でした。
おふた方どうもありがとうございました。
またお願いします。