半透膜

一定の大きさ以下の分子またはイオンのみを透過させる膜を半透膜といいます。

例えば、デンプン水溶液と純粋な水をセロハン膜で仕切って放置すると、デンプン水溶液の液面が上昇し一定の高さで停止します。デンプン水溶液の液面の上昇をおさえ、両液面に高さの差を生じさせないためには、水溶液側に圧力を加える必要があります。

この圧力を浸透圧といいます。

イオンを通さない丈夫な膜で海水と淡水を仕切り、浸透圧以上の圧力を海水にかければ、イオンを含まない淡水が得られます。

このようにして淡水を得る技術を逆浸透法といいます。

近年、 世界の海水淡水化プラントの多くで、この逆浸透法が採用されています。

浸透圧π[Pa]は、溶液のモル濃度をc[mol/L]、絶対温度をT [K]として

\(\Pi =cRT\)

と表されます。
この式は、浸透圧π[Pa]は溶媒や溶質の種類には関係なく、溶液のモル濃度c[mol/L]と絶対温度T[K]に比例することを表しています。これを、ファント・ホッフの浸透圧の法則といいます。

浸透圧の計算では、水溶液中で溶質が電離するかどうかを考慮することが重要です。


例題
(1) 尿素を0.02g溶かして1Lとした水溶液の27℃における浸透圧[Pa]を求めなさい。

(2) 海水を質量パーセント濃度35%の塩化ナトリウムを溶かした水溶液(密度1[g/cm3])として温度15℃の海水の浸透圧[Pa]を求めなさい。
【解答】
(1) 尿素の分子量は CO(NH2)2=60[g/mol]
尿素は非電解質なので、浸透圧は
\(\Pi =\frac{0.02}{60}\cdot 8.3\times 10^3 \cdot 300=830\)[Pa]・・・(答)

(2) 塩化ナトリウムの分子量は NaCl=58.5[g/mol]
NaCl → Na+ + Cl
と電離するのでモル濃度は2倍となります。
\(\Pi=\frac{\frac{3.5}{58.5}\times 2}{0.1}\cdot 8.3 \times 10^3 \cdot 288 \fallingdotseq 2.86\times 10^6\)[Pa]・・・(答)