Donnan平衡和渗透压.pdf

介户第?卷第?期扬州师院 学报?,?年?月?!#?!?,?平 衡和渗 透压穆绍林?化学系?顾惕人?北京大学?摘要本文讨论?渗透压、?平街、有共同离子或无共同离子 的盐存 在时对渗透压和?效应的影响?当溶 液中盆的浓度 足够高时,可消除?效应。关份饲唐南平衡,渗透压力半透膜在工业和科学研究上,特别是生物化学中有许多应 用?例如,通过半透膜的渗析和超过滤以分离大小不同的分子,利用 平衡渗析法测定与大分子结合的小分子数目,利用渗透压法测定大分子的分子量,等等?在胶体和物理化学课程中,渗透压是一个重要的教学内容?讨论渗透压时,自然要涉及所谓的?平衡?通常人们将膜两边的压力差?即渗透压?看作是溶剂的化学势不 同的结果,而将带净电的胶体质点或大分子所引起的渗透压增加的现象称作?平衡?但往往因没有明确?效应 的定义以及忽视了将渗透压看作是膜两边溶质浓度不同而引起的观点,使得不少学生学过之后仍存在许多模糊甚至错误的概念。为了说明这个问题,我们分别讨论图?中的四种情况?图中?代表蛋白质?当然也可以是其它大分子或胶体质点?右“简单”渗扭压图?设蛋白质在等电点时 的水溶液与纯水被一半透膜隔开,蛋白质分 子不能透 过膜?开始时左边溶荆的化学势小于右边溶剂的化学势?平衡时左边的压力将增大?即化学势增加?,以补偿溶质造成的化学势降低?这样引起的膜两边的压力差就叫渗透 压?二?,它与蛋白质浓度?,垃?一“?的关系是万,?本文于?年?月?日收到。扬州师院学报?自然科学版?爪一?一,口,?一若以?一表示蛋目质浓度?。?,则式?成?一?年相一一一”?一?一一王?一?午 罗丁找八、气?、曰万?。?、?是蛋自质的分子量?这种简单的渗透压关系适用于中性溶质或?在其等电点时不带净电荷的蛋白质分子?“简单”渗姗压?效应当?不在其等电点时,必需考虑蛋白质分子带电所产生的影响,也就是为维持电中性而存在的反离子的影响?设蛋白质以强电解质?一的形式存在?虽然?通常是可以自由扩散通 过半透膜的,但为了维持电中性的条件,只能留在左边?进一步的讨论见下?渗透压表现出依数性质,因此这些离子加在溶质浓度上将导致渗透压增大,渗透压 的公式便成为汀?一?,?其中?是总浓度,包括蛋白质的浓度?和反离子的浓度?。这种现象就叫?。卜衡?比较式?和?并注意式?,可知利用渗透压法测定蛋白质分子量?指数均分子星?时,因?效应将使得出的分子量 比实际的低得多?但应指出,严格而论实际上会有一些?由膜的左边渗透到膜的右边,为了维持两边的电中性,又有等当量的?十由右边渗透到左边,结果左边溶液的酸性增大,右边溶液的碱性增,大?设有?的?由膜的左边扩散到膜的右边,同时有?的?十由右边扩散到左边?平衡时,左边?一?,?一?,?,?一?一“?右边?勺?一?二?根据平衡条件,知膜两边的?的化学势?拌?应相等,即?、。?左?时右?对于?稀溶液可假设?一?左?一?右,于是?一?一 弓?二?因?,故?一?设?,?一之?一?一“,则?一“?一。?加入有共同离子的盐以抑制?效应测定蛋白质样品的渗透压 时常使用缓冲溶液或加入盐,因此有必要讨论这种情况。设开始时蛋白质?十?一在膜的左 边,浓度是?,膜的右边是?溶液,浓度是?平衡时,左边?,?一?一?右边?一?,?一?二?一?其中?是由右边扩散到左 边的?量?根据平衡条件?料?左?拼?,?右,对于稀?洛液可得?一?左?一?右,于是?一?“?交?!#渗透压显然正比于膜两边溶质的浓度差,即万3=(C十Z C+工十x)一(C一x+C、一 x)R7(6)第4期D 6nnan平衡和渗透压将式(5)代入 式(6),即得ZCZ+ZCCs+ZZCZ犷乙(7)在推导上式时假定pH和体积都未改变.军3澎若Cs ZC,则式(7)成Z C+ZCs若C:Z C,则式(Z+1)C R T=厂2(7)成(8)万。澎C R T=军I由此可见,加入 足够的盐可以减少甚至消除Donn an效应,质(等电点时)的渗透压,分子量亦增大并接近于真实值.(9)使测得的渗透压 相当于 纯蛋白现在来看加入 的盐浓度要多大才能消除Donn an效应.加入盐后 的渗透压 公式是式(7),完全消除Donnan效应 后的渗透压公式是式(9)或(1).Donn an效 应 引起的误差 是万3一 汀1_万1ZZCZC+Z C。火1 0 0%(10)肠,“,一般r l J t况下,C1K1 0一月mo.d m一“。若Z30,则由式(10)可知 欲使Donnan效应 引起的误差不超过5%,约需加入浓度为1mo卜dm一“的盐.表王y f J出z为xo或1,C为1x20一3或lx10一mo一dm一“,es为1或。zmo一dm一3时,Donnan效应 引起的误差.由表可见,Z越小,C越小,C:越大,则误差越小。衰1Oonnan效应对渗透压 引起的误 差一甸甲-一户一一.臼臼.户.口.白.一一一创.向 叫.曰、.曰.一.勺.曰.C(mol一dm一“)C;(mol一dm一“)按式(10)的误 差(%)1x10一31X10一41X10一31x10一41.x10“3X10一 4O。5。05。0050。l0。121 0 1 0111 01 01IX10一“0。1;0。5.1叫一汽.”介一一竺二4加入 无共同离子的盐对Oo nnan效应的抑制下而讨论所加 的盐不含共同离子(如KC I)日寸 的l号 形。设 开始 时N a z十P“一的浓度仍是C,KC的浓度仍是C:,平衡时,左 边:(Na+)二Z C一夕;(PZ一)=C,(K+)=x;(C I一)=x一打右边:(K+)=C:一x;(Na+)=夕;(C l一)=C:+夕一x其中劣是由右边扩散到左边 的K+的量,夕是由左边扩散到右边的N a+的量.根据(Na卜)(C l一)左=(N矿)略C冬分轰和(K+)(C I一)左=【(K+)(C I一)右,有“,(ZC一y)(x一砂二班已+打一x)和:(二一妇二(c、一二)(c、+l一二)扬州师院学报(自然科学版)x=(C、+ZCC:)/(Z C:+ZC)夕二ZC Cs/(Z C。+ZC)1988年(11)(12)于是可得渗透压的公式万:=以C+ZC一穿+x一封+x)一(C:一 x+C:+夕一 x+梦)R T(13)将式(11)和(12)代入式(13),得二4=z+l)C一*釜轰RT(1 4)当C:ZC时,式(14)成军.侣CR T二才:(2 6)这些结果与3的情形相似.由此可见,无论所加的盐是否有共同离子,只要浓度足够大,都可以消除DOnn an效应对渗透压的影响二最后应当说明,半透膜并不是产生Donn an效应的必要条件.事实上,只要带电的大分子或胶体质点的溶液与没有大分子或胶体质点的溶液发生分离(或形成浓差)时,即可观寮到Don na n效应.胶体质点或高分子在沉降,、扩嵌和电泳的过程中都会发生这种情况一为了尽量消除Donn an效应的影响,需要使用高浓度的盐。总起来说,学习Do nn an平衡和渗透压时,需要记住以下三点:(1)渗透压 由膜两 边的溶质浓度差所决定,(2)Do n言a n效应是因大分子或胶体质点所带的净电荷和存在的反离子所引起的;(3)加盐可减小或消除Donn an效应.参考文献1Donnan,F。G。:2.Elekt,o che优。,1 9 11,1 7:5 722C hang,R.andKaplan,L.J。:I.C人em.Edu.,1977,5 4:2 1 83Castelino,F。J。andBarker,D.R。:BIOch。祝fst,夕,1968,了:22074傅肤彩,陈瑞华:物理化学(下册),业京,高等教育出版社,1 9 7 9DONNANEQUI LI BRIUMANDOS MOTICP只E S SU R EMuShaolin,GuTir en(D君Pa,t从entofC hemistr,)(Pek fngUni。r sit g)Abstr a ctThe6sm6tieio nandwitho t ltd i叻ussed。Wheneli minatod。KeywordsPres sure,theDo五naneffect,andth eef fe etofsaltwithcomm6neommonionontheosmo*iePr ess ureandth eDon nanef fectwereenoughs alt15presentinthos olution,theDon nanef fectca城b。Do nnanequilibrium;OsmoticPre ssu re