半透膜定律

❶ 渗透压的物理本质是什么

范特霍夫 (van’t Hoff) 是以渗透压和化学动力学的研究成果而获第一位诺贝尔化学奖的世界著名科学家，一百多年来，人们一直用写在世界各国物理化学教科书中的范氏渗透压公式 π = (n/v)*RT 来解释渗透过程。根据范氏定律，渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常数就是气体状态方程式中的常数 R，并据此导出了范氏渗透压公式。不过，范氏渗透压公式只能近似用于理想稀溶液，而随着溶液浓度的渐渐增大，计算值就会越来越偏离实际值，这就导致用范氏渗透压公式来解释渗透过程，仍有很多难以自圆其说之处。之所以如此，是因为客观上还存在一个能从本质上解释渗透过程的科学概念尚未被我们抽象出来。

宏观的化学热力学认为：渗透现象是溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差造成的，并可以用经验定律—拉乌尔定律导出渗透压方程，但人们并不清楚这种化学势差推动渗透现象的微观过程。在 1980 年代末，由美国物理学评述委员会组织的等离子体和流体物理学专门小组曾这样描述：“迄今还没有一个可以接受的理论能解释渗透的微观结构”。因此，他们将渗透现象的微观结构列为 1990 年代的物理学重要课题之一。但直到现在，仍没有取得实质性的进展。

既然用范特霍夫渗透压公式之所以不能很好地解释渗透过程，其根本原因在于范氏的渗透压这个概念，不是从能充分暴露渗透全部本质的动态过程中抽象出来的，相反地，它是从「为了阻止渗透过程进行」一静态中测出来的 (其值就是 “为了阻止渗透过程进行” 保持象图 1~3 那样的状态，需要在溶液面所施加的力P)，这决定了它不能胜任对渗透这动态过程的解释。关于这一点，我们从范特霍夫定律或渗透压公式 π = (n/v) RT 可以看出，除了摩尔气体常数 (gas constant，gas-law constant，R) 和一定条件下不变的热力学温度 (absolute temperature，T) 外，渗透压只与摩尔量 (quantity)浓度一一对应，作为一个要描述渗透过程的概念渗透压，它没有涵盖到渗透过程的另一个必要的因素──压强 (膜上的压强)，而且是渗透过程进行中变化着的压强，这样一来，范特霍夫渗透压公式不能胜任对渗透过程的解释也就不足为怪了。而渗透力这个概念却不同了，我们从渗透力公式 F = P(1-(Ci)k) 可清楚看出 (F 是渗透力；P 是膜上的压强；Ci 是溶质的摩尔量浓度；k 是平衡系数 (equilibrium constant))，渗透力同时涵盖了渗透过程进行两个必要而充分的因素──浓度和压强，所以以渗透力为核心概念的渗透定律能够胜任对渗透过程的解释。

所谓「膜上的压强」，不仅指膜上的液压，还应包括大气压。因膜两侧的大气压虽基本相同，但由于两侧的浓度不同，相同大气压对膜两侧所增加的渗透力是不同的 (即大气压对膜两侧的「同量异效」性，浓度差越大「异效」越大。这也是有些教科书对植物体内渗透压之高 “让人感到意外” 的原因)，所以膜两侧相同的大气压不能忽略或「对消」。而所谓「渗透有效膜面积」，速溶剂分子碰撞膜的面积。膜面积被溶剂和溶质分子共同碰撞触及，而只有被溶剂分子碰撞触及的面积才对渗透有效 (其他可称作「渗透无效膜面积」)。有效、无效两种膜面积的具体位置瞬息万变，但其比例对同一浓度的溶液来说是不变的；这两种膜面积的绝对值不易测定，但可以通过渗透平衡时膜两侧渗透力相等，而纯溶剂侧的渗透有效膜面积是 100% 而将溶液侧有效、无效两种膜面积都换算出来。

由于半透膜两边溶剂的浓度不相同，以致单位时间内由纯溶剂扩散进入溶液的溶剂分子数目，要比从溶液扩散进入纯溶剂的溶剂分子数多，从而导致了渗透现象的发生；并认为渗透压不是溶质分子的压力，而是溶剂扩散引起的。但是教科书上至今还不能用扩散理论定量地解释渗透压为什么可以用理想气体状态方程来计算这个问题。另一个问题是如果按照教科书的理论，当热水与冷水用半透膜隔开时，由于热水中水分子的扩散速率快，故热水应通过半透膜向冷水渗透。但迄今还没有人观察到这个现象，这说明教科书理论还值得怀疑，而渗透现象也可能是另外一种机制所致。
所以我们总结以上数据认为：渗透力同时涵盖了渗透过程进行两个必要而充分的因素──「浓度」和「压强」，所以以渗透力为核心概念的「渗透定律」能够胜任对渗透过程的解释。

❷ 我有一个构想——永动机。用半透膜的渗透压，各位判断一下为什么不能实现

你的装置在完全理想情况下水会竖直向上喷出再落下来，因此不可能像你画的那样从一个方向喷出落入水槽中。肯定会有水粘到容器壁之上，于是水槽中水变少...
当然你可以用曲颈瓶之类的克服这个困难。事实上从理论上也不是完全不可能实现“永动”的（当然得忽略各种粘滞力之类的），但是这是由于始终有大气压和重力在做功的缘故。就像只要有风风车就会转，有水水车就能转，只要太阳还在照耀，地球上的水循环就永远不会停止一样。
最后，我要说，最现实的方法是你自己做一下这个装置，看上去材料也不是很难找的样子，你做一下就会知道，到底哪些会导致这个装置“永动”不起来。除了上面说的那种原因以及各种阻力，还有比如蔗糖溶液虽然和水有密度差，但是密度应该差不了多少，于是就可能不够维持足够的高度差（水流流出速度不够的话，就算你是用向下的曲颈瓶还是会有水附着在容器口和容器外壁上的，当然如果考虑粘滞力的话，也许不管多大速度都会有水附着，这个我不敢肯定，但是如果有水附着，之后肯定就是恶性循环）；而如果高度差过大了，水流和蔗糖分子不停冲击半透膜，最后半透膜可能就坏了；还有你始终假设了蔗糖溶液的密度，但是如果水始终在流动的话，那么蔗糖分子肯定在容器上部会聚集起来，内部上下会有浓度差，于是下面的溶液浓度变小，密度变大，内部压力增大；等等等等。

❸ （只不过是对热力学第二定律的疑惑）

我觉得你对为何会产生渗透这个问题还一知半解。
先来看漏斗下方的半透膜：它的一侧是清水，另一侧是糖水，清水中单位体积里的水分子数量要多于糖水中单位体积里的水分子数量，这个差别正是渗透的动力。因为水分子可以自由穿越半透膜，就单个水分子而言，它从清水进入糖水的平均速度等于从糖水进入清水的平均速度，但对众多的水分子而言，由于清水中水分子更密集，所以总的来说，清水进入糖水中的水分子更多，此即渗透。
再来看漏斗上方加另一个半透膜的情况：只要出水口不是太高（太高的话，重力迫使糖水中的水分子更快地进入清水这种对抗渗透的趋势将占上风从而阻止渗透），清水似乎一定会从上面的半透膜上溢出去，但其实它根本就不能从开口溢出并流下去！假设有清水铺满开口的那个半透膜的表面，那样就变成那里的清水反而要向里面的糖水中渗透了！所以，最多只能有薄薄的一层“低密度”的水覆在开口半透膜上，不可能再有更多的水渗出去使那层水的密度升高达到普通水的程度！达到普通水的密度，清水就会倒流回糖水中了。

至于永动机是不可能的。有发现精神是好的，但最好还是不要挑战真理。

❹ 关于半透膜的问题

水分子逆浓度差，顺水势差移动，动力即由水势提供，水势：一定条件下单位体积内全部水分子具有分子势能的总和，在条件不变时，水势取决于单位体积内水分子的多少，所以，水分子由低浓度移向高浓度一侧，高浓度侧水面不再上升时，两侧水势相等，水分子进出处于平衡状态，高浓度侧单位体积内，水分子少，但水势相等是由于，压强增大了，即两边的条件不同。

❺ 什么是渗透压计算公式

渗透压计算公式来：π源=cRT。

其中，π为稀溶液的渗透压，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。

根据范氏定律，渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常数就是气体状态方程式中的常数R，并据此导出了范氏渗透压公式。

(5)半透膜定律扩展阅读：

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。

❻ 纯溶剂通过半透膜向溶液渗透的压力叫做渗透压为什么不对呢

因为对于两侧水溶液浓度不同的半透膜，为了阻止水从低浓度一侧渗透到高浓度一侧而在高浓度一侧施加的最小额外压强称为渗透压。渗透压与溶液中不能通过半透膜的微粒数目和环境温度有关。

所谓溶液渗透压，简单的说，是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目：溶质微粒越多，即溶液浓度越高，对水的吸引力越大，溶液渗透压越高；反过来，溶质微粒越少，即溶液浓度越低，对水的吸引力越弱，溶液渗透压越低。

即与无机盐、蛋白质的含量有关。在组成细胞外液的各种无机盐离子中，含量上占有明显优势的是Na+和Cl-，细胞外液渗透压的90%以上来源于Na+和Cl-。在37℃时，人的血浆渗透压约为770kPa，相当于细胞内液的渗透压。

由于平衡渗透压遵循理想气体定律（稀溶液中忽略溶质分子的相互作用），这个数学推导过程在这里省略，最后可以得出范特霍夫关系：π=cRT（或π=kTN/V；N/V为分子数密度），从公式可知溶液的渗透压只由溶质的分子数决定，因而渗透压也是溶液的依数性质。这个关系给出的不是真正的压强，而是阻止渗透流可能需要的压强，即系统达到平衡所需要的压强差。

❼ 用“半透膜”能制造出永动机吗

牛顿上你身了吧，我支持你，试一试

❽ 半透膜是“麦克斯韦妖”吗

关键只在一抄点，严格的“麦克袭斯韦妖”是被设想成在一个封闭系统之中的、凭自身的能力使速度大小不同的分子分开的精灵，经过几代科学家的努力，已经知道这是不可能的事情。而实验室中的半透膜并不具备这种封闭条件：没有物质也没有能量交换（意味着你甚至不能看见它！）

❾ 永动机新方案——高二生物半透膜应用

有问题。
注意，烧杯中的水进入半透膜后，半透膜内的溶液已经被稀释了，等他重新流到烧杯里面时，也带出了一部分的溶液，这样不要过多久就会达到平衡，就停下来了。

❿ Ⅰ：从①渗析、②聚沉、③丁达尔效应 ④凝胶、⑤布朗运动、⑥电泳．中选出适当的序号填入下列每小题后面

Ⅰ（1）胶粒不能透过半透膜，离子能透过，可用渗析提纯胶体，故答案为：①．
（2）肥皂水的分散系为胶体，有丁达尔效应，故答案为：③；
（3）Fe（OH）₃胶体遇到（NH₄）₂SO₄发生聚沉，故答案为：②；
（4）胶粒在电场的作用下，做定向运动，这种现象称为电泳，可用来除尘，故答案为：⑥；
Ⅱ根据阿伏加德罗定律定律，相同条件下，相同体积的任何气体都含有相同的数目的粒子，
则同温同压下，同体积的气体物质的量相同，根据m=n?M可知，
气体的质量之比等于相对分子质量之比，所以同温同压下，同体积的氨气和硫化氢气体（H₂S）的质量比为17：34=1：2；
设氨和硫化氢气体的质量分别为34g，则n（NH₃）=

34g

17g/mol

=2mol，n（H₂S）=1mol，
相同条件下，物质的越多，气体的体积越大，则同质量的氨和硫化氢气体的体积比为2：1；
2molNH₃中H原子的个数为：2mol×3×N_A/mol=6N_A，
1molH₂S中H原子的个数为：1mol×2×N_A/mol=2N_A，
其中含有的氢的原子个数比为：6：2=3：1；
若二者氢原子数相等，设含有6molH原子，则
氨气的物质的量为2mol，硫化氢的物质的量为3mol，
则体积之比为2：3．
故答案为：1：2；2：1；3：1；2：3．