浸透とは？浸透圧の問題と日常の具体例を理系ライターが詳しくわかりやすく解説！
今回のテーマは「浸透」です。高校化学で出てくるキーワードですが、聞き覚えがあるのが「浸透圧」でしょう。まずは浸透圧の考え方と例題を解説していきます。また、浸透という現象は生活の中で様々な場面で利用されているぞ。生活の中に溶け込んだ浸透についても紹介してく。
今回は「浸透圧の考え方」と「生活の中で使われている浸透」を化学に詳しいライターリックと一緒に解説していきます。
ライター／リック
高校生で化学にハマり、大学院までずっと化学を勉強してきた化学オタク。今は化学メーカーで働きながら化学の楽しさを発信する。
浸透とは
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まずは、「浸透」の意味をチェックしていきましょう。wikipediaで「浸透」と調べると下のように書いてあります。肌に美容液などが染みこんでいくような現象を一般的に浸透と呼んでいるんですね。
一般的には、物体の隙間をすり抜けて液体が通過したり、内側に入り込むこと。溶質の濃度が高い液体と濃度が低い液体が半透膜を隔てている場合、濃度の低い液体から濃度の高い液体へと自然に溶媒が移動し、濃度を同様に保とうとする。
この現象では、溶媒が動くためにエネルギーが発生している。このエネルギーを浸透圧といい、濃度の差を保つために必要な分の力が浸透圧の力量である。
出典：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%B8%E9%80%8F
浸透圧はどのように考えるのか
高校化学を勉強したことがある人は、「浸透圧」という言葉にピンッとくると思います。浸透圧は半透膜を隔てた水溶液へ、溶媒分子が半透膜を通って浸透する圧力のことです。
半透膜を隔てて水溶液と純水を接触させたとき、純粋から水溶液側へ溶媒分子だけが流れ込んでいき、濃度を薄めようとします。そのため、放置しておくと水溶液側の液面が上昇するんです。この上昇分を戻して液面をそろえるために必要な圧力を浸透圧と呼びます。
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一定の大きさの穴が開いている膜のことを半透膜と呼びます。空いている穴よりも小さい分子は通し、大きい分子は通さないのが特徴です。まさに、フィルターのイメージですね。
水溶液と純水を半透膜で隔てるときは、溶媒の水分子は通すが、溶質分子は通さない半透膜を選ぶ必要があります。
最初のノーベル賞は「浸透圧」？
長い歴史を持つノーベル賞。初めてノーベル化学賞が授与されたのは、1901年のことでした。第1回ノーベル化学賞を受賞したのは、オランダの化学者「ヤコブス・ヘンリクス・ファント・ホッフ」でした。この時の受賞理由が「浸透圧」だったのです。
ノーベル化学賞受賞の決め手は「希薄溶液の浸透圧は絶対温度と溶液のモル濃度に比例する」「浸透圧を示す式は理想気体の状態方程式と同じ形である」というファントホッフの法則を発見したことでした。
言葉で説明されると難しく感じるかもしれませんが、浸透圧の勉強で必ず覚える公式がありましたよね。πV＝nRTです。πは浸透圧[Pa]、Vは液体の体積[L]、nは溶質の物質量[mol]、Rは気体定数[Pa・L/(K・mol)]、Tは絶対温度[K]。
この式、どこかで見覚えありませんか？気体の状態方程式PV＝nRTですよね。浸透圧を示す式は理想気体の状態法的式と同じ形をしている。これがファインホッフの法則なんです。
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浸透圧で登場する公式は、πV＝nRTのみです。π＝cRT(cはモル濃度[mol/L])などもありますが、πV＝nRTを変形させただけなので暗記する必要はありません。
自分で式を変形させて導けるようにしておきましょう！
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