浸透圧(水の活量)

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「いまだに浸透圧がよく分からない」という人がいるかもしれない。

しかし、これは読者の責任ではない。

実際、浸透圧は難しい現象である。

そこで、このページでは浸透圧について対談する。

浸透圧がよく分からない。
浸透圧は 『 活量 』 によって説明できる。
そもそも、浸透圧って何だっけ?
たしかに、浸透圧は誤解されやすい。

まず、浸透圧の意味を説明する。

半透膜(水分子を透過させるが、糖は透過させない)を用意する。

これで純水と砂糖水を隔てる。

「 砂糖水の浸透圧 」 は 「 純水の浸透圧 」 に比べて高い。

だから、水分子が砂糖水の方へ移動する。

図示すると、



あるいは、

浸透圧が高い方へ水分子が移動するの?逆だと思ってた。
この辺り、浸透圧は誤解されやすい。

おそらく、気象学の高気圧-低気圧と混同されやすい。

風は高気圧から低気圧へ吹くからね。
そもそも、何で浸透圧っていうの?
砂糖濃度が薄い範囲で浸透圧は濃度に比例する。

そして、浸透圧について気体の状態方程式(PV=nRT)と同じ形の式が成り立つ。

浸透圧をΠで表すとΠV=nRT。

ちなみに、浸透圧が濃度に比例する溶液を 『 理想溶液 』 という。

つまり、基本的な理論を議論するときは理想溶液を仮定して議論する。
何で浸透圧の影響が半透膜の向こう側の水分子に伝わるの?

半透膜から離れている水分子には向こう側のことなんて分からないよね。

それなのに 「 向こう側の浸透圧がここと違うから 」 という理由で移動するの?
水分子は水素結合のネットワークを介してつながっている。

勿論、水素結合は近傍の水分子に対してのみはたらく。

けど、水全体で見れば、離れている水分子にも影響がある。

ただし、水素結合は生成と消滅を繰り返している。
浸透圧が離れたところまで影響することは分かった。

けど、そもそも、何でそういう力が生じるの?
それは 「 水の活量 」 で説明される。

活量は 「 溶液中の自由水 」 の割合を意味する。

自由水は 「 純水の水分子と同様に振る舞う水分子 」 を意味する。
つまり、砂糖水における水の活量は小さい?
そう。砂糖分子には水酸基(-OH)が多くついている。

水分子は水酸基と水素結合する。

つまり、砂糖分子には水分子が束縛される。

これによって自由水の割合が減る。

つまり、砂糖水における水の活量は小さい。

自由水が減った分を埋め合わせるようにして純水から水分子が移動する。



参考文献

上平恒 : 水とはなにか,講談社,2013.

次のことについて参考にしました。

○ 水の活量(p133、p134)