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數學公式

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結果

滲透壓
2.4466
atm(大氣壓)
換算為千帕 (kPa) 247.9 kPa
換算為毫米汞柱 (mmHg) 1,859.43 mmHg

什麼是滲透壓?

滲透壓(Π)是指為了阻止純溶劑透過半透膜向溶液內滲透,所必須施加在溶液上的壓力。它屬於四大「依數性質」(colligative properties)之一,也就是說,滲透壓的大小取決於溶液中溶質粒子的「數量」,而與溶質本身的化學性質無關。本計算器採用范特荷夫公式 \(\Pi = iMRT\),用以估算稀溶液的滲透壓。

U形管中以半透膜分隔純溶劑和溶液,顯示出液面高度差
滲透壓是阻止溶劑透過半透膜流入溶液所需的壓力。

計算器使用方式

請輸入三個數值:范特荷夫因子(i),也就是一個化學式單位在溶液中解離成的粒子數;莫耳濃度(M),單位為莫耳/公升(mol/L);以及絕對溫度(T),單位為克耳文(K)。本工具會將這三個數值與理想氣體常數 \(R = 0.08206\ \text{L}\cdot\text{atm/(mol}\cdot\text{K)}\) 相乘,計算出以大氣壓(atm)為單位的滲透壓,並同時換算成 kPa 與 mmHg。

公式詳解

公式 $$\Pi = i \cdot M \cdot R \cdot T$$ 與理想氣體方程式(\(PV = nRT\))十分相似,因為溶解在溶液中的粒子,其行為某種程度上就像氣體分子一樣會產生壓力。其中的因子 i 代表解離程度:對於葡萄糖等非電解質,\(i \approx 1\);對於氯化鈉(NaCl),\(i \approx 2\);對於氯化鈣(CaCl₂),\(i \approx 3\)。請記得,攝氏溫度要加上 273.15 才能換算成克耳文。

公式 Pi 等於 i×M×R×T,每個變數都以圖示標註
\(\Pi = iMRT\) 中各項:凡特荷夫因子、莫耳濃度、氣體常數和絕對溫度。

實際範例

以 0.10 mol/L 的 NaCl 溶液(\(i = 2\))在 298.15 K 下計算:$$\Pi = 2 \times 0.10 \times 0.08206 \times 298.15 \approx 4.894\ \text{atm}$$換算下來約等於 495.8 kPa,或大約 3719 mmHg——由此可見,即使是濃度不高的鹽溶液,也會產生相當可觀的滲透效應。

常見問題

什麼是范特荷夫因子?它是溶液中粒子莫耳數與所溶解溶質莫耳數的比值。強電解質的因子接近其解離出的離子數;弱電解質或非電解質則接近 1。

為什麼要用克耳文(K)?由於這個公式源自氣體方程式,必須使用絕對溫度。若使用攝氏溫度,會得到錯誤(甚至為負)的結果。

對濃溶液準確嗎?范特荷夫公式對稀薄、接近理想狀態的溶液最為準確。濃度高或粒子間交互作用強的溶液可能會產生偏差,需要加入滲透係數(osmotic coefficient)進行修正。

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