Четыре дамы и молодой человек в вакууме. Нестандартные задачи обо всем на свете - Илья Леенсон Страница 55

Направленный поток растворителя через мембрану продолжается до тех пор, пока его не уравновесит какая-либо внешняя сила. В опыте с морковью внешняя сила – это давление столба воды в трубке. Если в небольшую баночку залить доверху раствор сахара, плотно обвязать ее горловину целлофаном (не полиэтиленом – он не пропускает воду) и поместить в сосуд с чистой водой, вода начнет проникать в баночку, растягивая целлофановую пленку. Если пленка прочная, процесс прекратится, когда повышенное давление в баночке уравновесится силой натяжения мембраны.

Давление, создаваемое столбом воды в трубке или выгнутой мембраной, называется осмотическим давлением. Это то дополнительное давление, которое надо приложить, чтобы осмос прекратился. Осмотическое давление нетрудно измерить. Первые опыты такого рода провел в 1826 году французский армейский врач Рене Дютроше (1776–1847). Он же придумал название явлению. Дютроше установил, что осмотическое давление пропорционально концентрации раствора.

Наиболее точные измерения в XIX веке в широком диапазоне давлений (вплоть до нескольких атмосфер) провел в 1877 году немецкий химик и ботаник Вильгельм Пфеффер (1845–1920). Мембранами в его опытах служили перепонки из бычьего пузыря или неглазурованные глиняные сосуды (глазурь на поверхности сосудов делает их водонепроницаемыми). Пфеффер смачивал сосуды водой, наполнял их растворами гексацианоферрата(III) калия (красной кровяной соли) K₃Fe(CN)₆ и погружал в раствор медного купороса. При этом в порах сосуда образовывались полупроницаемые мембраны из гексацианоферрата меди Cu₃[K₃Fe(CN)₆]₂.

2. Когда кристалл начинает растворяться, ионы металла тут же реагируют с силикатом натрия, образуя полупроницаемую мембрану из нерастворимого силиката меди, кобальта или никеля. В результате осмоса вода проходит через мембрану в сторону кристалла, слабая мембрана не выдерживает натяжения и лопается. Раствор соли металла «выливается» наружу, быстро реагирует с силикатом натрия, и все повторяется снова. В результате от кристаллов на дне сосуда начинают расти окрашенные образования, похожие на разноцветные морские водоросли.

3. Результаты Пфеффера использовал знаменитый голландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852–1911), который в 1887 году вывел формулу для зависимости осмотического давления от концентрации раствора. Она оказалась такой же, как и для давления идеального газа: р = сRT, где р – осмотическое давление, с – концентрация растворенного вещества (в молях на литр раствора), Т – абсолютная температура, R – газовая постоянная. Это означает, что ионы или молекулы в растворе ведут себя, как будто они находятся в газе, занимающем такой же объем. Таким образом, измерив осмотическое давление для раствора какого-либо вещества, можно было рассчитать его молярную концентрацию. А потом уже легко, зная массу вещества в литре раствора, рассчитать его молекулярную массу. Таким образом, явления осмоса – один из способов определить молекулярную массу неизвестного вещества. Этот метод высокочувствителен: осмотическое давление всего 0,1 %-ного раствора сахара равно примерно 0,07 атмосферы (7 ∙ 10³ Па). Столб воды при таком давлении поднимется на 70 см. Поэтому метод особенно удобен для молекул биологически активных веществ, которые имеют высокую молекулярную массу, – из-за этого невозможно приготовить их раствор с высокой концентрацией.

Если выразить концентрацию в единицах моль/м³, мы получим осмотическое давление р в паскалях. Здесь у нас четыре растворенных вещества (одно из них диссоциирует), поэтому их осмотические давления складываются. Рассчитаем концентрации веществ. Хлорид натрия: 0,015/58,5 = 2,6∙10^–4 моль в 0,5 л, т. е. 0,52 моль/м³; концентрация ионов будет в два раза выше, т. е. около 1,0 моль/м³. Глюкоза: 0,25/180 ≈ 0,0014 моль в 0,5 л, т. е. 2,8 моль/м³. Фруктоза (изомер глюкозы с той же молекулярной массой): около 1,1 моль/м³. Сахароза: 0,35/342 ≈ 0,001 моль в 0,5 л, т. е. 2 моль/м³. Так как осмотическое давление зависит не от природы растворенных веществ, а только от числа частиц, суммируем их общую концентрацию: 1,0 + 2,8 + 1,1 + 2,0 ≈ 7 моль/м³. Рассчитываем осмотическое давление: p = 7 ∙ 8,31 ∙ 293 = 1,7 ∙ 10⁴ Па. Нормальному атмосферному давлению (1,013 ∙ 10⁵ Па), как известно, соответствует столб воды высотой 9,8 м. Следовательно, рассчитанное осмотическое давление поднимет столб жидкости примерно на 1,6 м.

Есть еще порох в пороховницах

Правильный ответ – а. В течение многих веков практически единственным источником связанного азота была селитра (лат. sal и nitrum, дословно – «щелочная соль»). С древних времен была известна только индийская селитра – нитрат калия KNO₃. Этот редкий минерал привозили из Индии, так как в Европе природных источников селитры не было. Индийскую селитру использовали исключительно для производства пороха. Пороха с каждым столетием требовалось все больше, а привозной селитры не хватало, и была она очень дорога.

Со временем селитру научились получать в специальных «селитряницах» из различных органических остатков, которые содержат азот. Довольно много азота, например, в белках. Если органические остатки высушить и просто сжечь, содержащийся в них азот в основном окислится до газообразного азота N₂. Но если остатки подвергаются гниению, то под действием нитрифицирующих бактерий азот переходит в нитраты, которые и выщелачивали в старину в специальных кучах – буртах, а селитру называли буртовой. Делали это так. Смешивали различные органические отходы – навоз, внутренности животных, ил, болотную жижу и т. п. Туда же добавляли мусор, известь, золу. Эту жуткую смесь засыпали в ямы или делали из нее кучи и обильно поливали мочой или навозной жижей. Можно представить себе, какой запах шел от этого производства! За счет процессов разложения в течение одного-двух лет из 6 кг «селитряной земли» получали 1 кг селитры, которую очищали от примесей. Больше всего селитры получали во Франции: правительство щедро награждало тех, кто занимался этим неприятным производством.

Перлы:))