出産前後の痔にはご注意!

浸透圧なんですが、なぜ濃度の高い方に溶媒が移動するのでしょうか?“薄めようとするから”と解説されているのですが、どんな理由で薄めようとするのでしょうか?濃いものが拡散して薄まる現象ならすんなり理解できるのですが。何か力が働いているのですか?

A 回答 (4件)

>濃い溶液中にある溶媒が薄い溶液に移動する



 はい、当然その方向の移動も起こっています。両方向に移動しているのですが、時間がたつにつれ薄い溶液中の溶媒の濃い溶液への移動のほうが多くなるのです。
 
 こう考えてはどうでしょうか。
 溶媒に注目して見ると、濃い溶液とは溶媒が薄くて、薄い溶液とは溶媒が濃いと言えませんか?そうすると、半透膜は溶媒しか通過できないので、溶媒が濃いほうから薄いほうへ移動するのです。

>もしかして濃い水溶液中の大きい溶質の分子が、濃い方の溶媒の分子の移動を妨げ、薄い溶液の溶媒の移動は妨げない弁のような働きをしているのですか?

 そう考えてもいいのではないかと思います。
 ただし弁ではなく、半透膜の両側に衝突する分子の数の違いです。つまり濃い溶液のほうでは、たくさんある溶質分子も一緒に半透膜に衝突するので、衝突できる溶媒分子の数は薄い溶液のほうより少なくなります。したがって、溶媒分子が半透膜を通過できるチャンスは、薄い溶液から濃い溶液へのほうが大きくなるのです。
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この回答へのお礼

とても分かりやすい解説ありがとうございました。「薄い溶液は溶媒が濃い」「半透膜に衝突する分子の数」、なるほど、ものすごく納得しました。

お礼日時:2007/06/26 19:31

 こんな具合に単純に考えてはどうでしょうか。



 自然界は、ほうっておくと物が入り混じって平均化する方向に向かいます。拡散はその一例ですね。
 浸透圧という現象は、濃い溶液と薄い溶液とが薄膜を境にして接触している状態でのことですね。
 その薄膜が一切の物質を通過させない場合は、両側の濃度差はそのままで平均化されないのですが、一部の物質、たとえば小さな分子などは通過できるような薄膜(半透膜)だと状況が変わってきます。
 薄膜の両側の濃度を平均化させるには次の3つの経路があります。
1 濃い溶液中にたくさんある溶質が薄い溶液のほうへ移動する。
2 薄い溶液中にたくさんある溶媒が濃い溶液のほうへ移動する。
3 この1と2とが同時におこる。
 一般に(と言っていいだろうと思いますが)、溶媒の分子のほうが溶質の分子より小さいので、上の2の移動だけがおこるのです。
 しかし、この2の移動だけでは薄膜の両側の濃度差はいつまでたっても平均化しないので、溶媒は移動し続けなければならないのですが、溶媒が入り込んできたために次第に液面が高くなってきた濃い溶液が溶媒を押し戻すので、あるところまで移動したところで止まります(厳密には溶媒の移動が全く止まるのではなく、出入りが同じになるので見かけ上止まったように見えるのですが)。

この回答への補足

回答ありがとうございます。すみません、こんな疑問が出てきました。2の逆の現象で、

濃い溶液中にある溶媒が薄い溶液に移動する

という現象は起きないのでしょうか。つまり、濃い水溶液と薄い水溶液のどちらの溶媒の分子も同じ大きさだとして、薄い溶液中の溶媒が移動しやすく、濃い溶液中の溶媒が移動できないのはなぜなのですか?もしかして濃い水溶液中の大きい溶質の分子が、濃い方の溶媒の分子の移動を妨げ、薄い溶液の溶媒の移動は妨げない弁のような働きをしているのですか?

補足日時:2007/06/26 17:05
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混ざるというのは濃い方が拡散していくということを表しているのではではありません。

2種類の粒が互いに場所をランダムに変えていくことによって起こる現象です。濃いか薄いかは関係がありません。同じ濃さのものでも混ざります。ただ混ざった結果濃度が変わるということが起こらないのです。
濃さの異なる2つの溶液ABを混ぜた場合に薄まるというのは混ざるということの結果です。「薄めよう」という目的意識があるのではありません。(こういう言い方は擬人的な表現です。科学の言葉としては好ましくないものです。)
この場合はAもBも薄くなります。Aの中の粒もBの中の粒もはじめよりも広い範囲に広がりますから薄くなります。濃い方だけが薄くなるのではありません。2つを合わせた結果で言うと中間の濃さになります。
(中央にしきりのある水槽の片側に白いピンポン球を10個、反対側に黄色いピンポン球を20個入れます。仕切り板を外します。どちらのピンポン球も徐々に反対側に広がっていきます。面積が2倍になりますからどちらも半分の濃度になります。色の区別をしないで考えると2倍の面積のところに30個ですからはじめの面積で言うと15個です。)

統計力学ではこの拡散、混合は自然の変化の方向であるとされています。
浸透圧を観察するときは半透膜を用います。片方の粒が透過できない膜です。普通は溶媒は通ることが出来るが溶質は通ることが出来ないという膜を考えます。(完全に出来る、出来ないとなっていなくて通りやすい、通りにくいでも起こります。)
一方通行でも、とにかく混ざるということが起こります。片方だけに物質が移動すれば液面が上昇します。
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それは化学のことばです。


洗面器にインク垂らして広がっていくのはいいのですよね?
>濃いものが拡散して薄まる現象ならすんなり理解できるのですが
ってことです。

次に、洗面器の中央にタオル(左右に水を分ける)置いてみます。左にインク垂らすと右にインクが流れていきます。右の水がインクを引き込むように見えます。(注 インクがタオル通過する前の段階です)
このあとインクが右にいく分、右の水がタオル押して左に行きます。タオル押す圧力が浸透圧です。
これはいいですか?

インクがタオル通過したあと
左に注目するとインク粒と水の間に右の水が割り込んだみたいなものです。左のインク粒が右に移動する分、その隙間埋めるために右の水が左に移動します。インクを薄める働きです。ここでは水面の高さは左右で同じです。

タオルではインク粒通すが、タオルが半透膜だと水の移動しか起きません(透過するとき膜押しますね)。右の水面は下がり、左の水面は上がります。
http://homepage3.nifty.com/ymorita/osmshow.htm
生物で海水魚を淡水に入れると死ぬのはこういう原理と説明されます。
http://www.ngk.co.jp/site/no74/content.htm
http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/Membrane/cha …
http://edu.online.ac/index.php?categ=1&year=2007 …
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この回答へのお礼

分かりやすい解説ありがとうございました。

お礼日時:2007/06/26 16:50

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Q浸透圧の原理?

授業で浸透圧を確認するための簡単な実験をして

水に浸してある半透膜を付けた試料容器の上に載せた毛細管内の
グルコース水溶液の時間あたりに減った量について次のグラフを書かされたのですが
(縦軸は減った量[mm]、横軸経過は時間[min]で、右の濃度はグルコース水溶液のです)
グラフは序盤でカクついておりきれいな直線とは行かず
先生はここで何が起きたのか考えてきなさいと言われたのですが
誤差以外になにか理由があるのでしょうか?

本来、一定の浸透圧なら時間と減る量はきれいな比例関係にあるんでしょうか?
調べてはいるのですが何故カクついたかという疑問の解決には至れず(´`;)

あと、もしグルコースでなく電解質でこの実験が行われたらという質問もされたのですが
電解質では電解して小さくなってしまい半透膜の穴を抜けるので
浸透圧があまり発生しない・・・と考えたのですがこんな感じで大丈夫ですかね(^^;?

Aベストアンサー

定量的な結果を得るような浸透圧の実験はむつかしいです。こういう実験では無理だと思います。
簡易型の装置でわかることは「浸透圧現象が起こっていることを液面の上昇で知ることができる」ということだけです。定量的に意味のある結果を得ることはできません。ファントホッフの式に対応させることは無理です。

>グルコース水溶液の時間あたりに減った量について次のグラフを書かされたのですが
「液量が減る」というのはどういうことでしょう。水が浸透してきてグルコース溶液の液面が上昇するのであれば「増加」になると思いますが。

グラフに添えられている濃度を見てみると1mol/L前後の値になっています。濃度が高すぎます。1000倍以上濃いです。
簡単な計算をしてみます。
Π=CRT・・・ファントホッフの式
c=1mol/L、T=300Kとしてπの値を求めてみてください。
気体の状態方程式PV=nRTから推測してもいいです。
Πの値は25気圧程度になりますね。
1気圧で水柱の高さは約10mです。
使われた装置のパイプの高さはいくら位でしたか。10cmとか20cm程度ではありませんでしたか。
半透膜にはどういうものを使っていますか。セロハンを輪ゴムで止めるというような装置が教材として市販されていますが、そういうものではありませんでしたか。普通の高校に特別な装置があるとは思えませんのでこういうものに類似のものではなかったでしょうか。
セロハンだと砂糖水でもかなり通ります。輪ゴムでは気密性が不足します。1気圧に耐えれるようなシールというのはかなりの装置が必要なのです。

濃い溶液を使ったのは時間変化を測定したいからですね。
濃度の違いが大きいと拡散が早く起こります(・・・この実験はこれを調べているだけです)。
浸透圧現象は濃度差が原因で生じる拡散、混合によるものです。半透膜を用いることで拡散、混合の起こる方向を1つに制限しています。拡散や混合が起こっている場面というのは平衡状態ではありません。非平衡状態での変化ですからややこしいことが起こっています。濃度の均一性も保証されていません。
ファントホッフの式や気体の状態方程式のような熱力学的な関係式はすべて平衡状態を記述しているものです。したがって実験と対応させるのであれば十分に時間がったってから実現する状態になります。数十cm程度の高さを想定した装置を使っているのであれば初めから平衡状態まではいかないだろうという前提になっています。

>本来、一定の浸透圧なら時間と減る量はきれいな比例関係にあるんでしょうか?
濃度が変化するのですから浸透圧は一定ではありません。
ただ浸透速度(拡散速度)が濃度差に比例するだろうということは言えそうです。浸透が進めば濃度差が小さくなります。浸透速度が徐々に小さくなっていくはずです。お示しの座標系であれば徐々に寝てくるはずです。折れ曲がりが起こったのは液漏れが起こったからではないでしょうか。液面の上昇速度が急に小さくなっています。

※浸透圧の生じる原因を蒸気圧の違いによる吸い上げ効果だとしている説があります。日本化学会の会長だった田丸健二氏はこの説をあちこちに書いています(ブログに書いてあった文章は削除されたようです。でも「高校化学の教え方」という本の中に書かれているのはそのままです。この考え方はフェルミの「熱力学」の中にも出てきますのでかなり広まっている可能性があります)。常温での蒸気圧の違いは1気圧以下であることは明らかですからこの説が誤りであることがわかります。ファントホッフの現象論との突合せをやればおかしいということがわかるはずなんですが、やられていません。単なる思い付きをそのまま本に書いているようです。

定量的な結果を得るような浸透圧の実験はむつかしいです。こういう実験では無理だと思います。
簡易型の装置でわかることは「浸透圧現象が起こっていることを液面の上昇で知ることができる」ということだけです。定量的に意味のある結果を得ることはできません。ファントホッフの式に対応させることは無理です。

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Q統計における危険率

 統計のことについては全くの素人なのですが、ふと思ったので質問させていただきます。
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 というように書いてありますが、これは逆に考えると、世の中の5%の論文の結論は間違っているかもしれない、ということなのでしょうか?

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「この薬は、危険率5%で、効果があったと推定する。」は
「この結論が誤り(効果がない)の確率が5%ある。」という意味では
ありません。
「まったく効果がなくても、この実験/判定方法では、効果アリの
結論が出る可能性が5%ある。」ということです。

危険率を減らすには、次の方法があります。
(1) 実験誤差を小さくする
(2) サンプルの数を増やす
(3) 効果判定基準を厳しくする

なお、ここでいう危険は「効果のない薬を効果ありとしてしまう危険」
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一方「効果があるのに効果なしとしてしまう危険」を第2種の危険
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蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
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しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q水の浸透圧について

浸透圧の定義をよく理解していないせいか、水には浸透圧があるのかという疑問が出てきました。実際、ファントホッフの法則に代入する溶質の分量はわかりませんし・・。あと、浸透圧は水と半透膜を用いた溶液にのみ発生するものなのでしょうか?目の前に置かれた食塩水を見て「これの浸透圧は・・・」といえるのでしょうか?

ただ思うに、浸透圧は溶液にのみ発生するものであり、水は定義しないという感じもします。

よろしくお願いします。

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純水の浸透圧は0です。これは、真空を気圧0とするのと同じようなものです。気体分子が壁を押す力が圧力だというのと同様に、溶質分子が半透膜を押す力が浸透圧になるからです。

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「浸透圧」を考えるときに用いるもの(単位)です。

溶液の浸透圧は、溶液中の溶質の分子やイオンの数(モル数)に比例します。

ここで、全ての物質が(例えば)ブドウ糖のように水に溶かしてもそのまま存在する場合は、モル濃度と浸透圧は比例することになりますが、
イオン性物質の場合は水溶液中で解離するため、必ずしも溶質のモル濃度と比例関係が成り立ちません。

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オスモル濃度は、溶液の浸透圧を表す単位で、溶液中の溶質やイオンのモル数の総計から計算される濃度ということになります。

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参考URL:http://www.ryudoshoku.org/sintoatsu_tani.html

「浸透圧」を考えるときに用いるもの(単位)です。

溶液の浸透圧は、溶液中の溶質の分子やイオンの数(モル数)に比例します。

ここで、全ての物質が(例えば)ブドウ糖のように水に溶かしてもそのまま存在する場合は、モル濃度と浸透圧は比例することになりますが、
イオン性物質の場合は水溶液中で解離するため、必ずしも溶質のモル濃度と比例関係が成り立ちません。

例えば、塩化ナトリウムは水溶液中で100%近く解離しますので、1モル/リットル溶液中には、Na+ と Cl- がそれぞれ1モルず...続きを読む

Q人工透析の静脈圧と透析圧の関係について

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どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

初めまして。
臨床工学技士として透析室で勤めています。

血液中の水分は、半透膜の両側の圧力差によって除去されます。これを「限外濾過」と言います。この限外濾過による水分除去方法には二つの方法があります。
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●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
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ちなみに10%食塩水は、モル濃度に直すと、1 mol/L以上の高濃度、10%蔗糖溶液は、0.3 mol/L未満になってしまいます。


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