假设有浓度很大的物质放入双开试管,试管两端有半透膜裹住,放入装有低浓度溶液的烧杯中(试管一头在烧杯外),是否会存在水在试管一头流出又在另一头进入,无限循环,为什么不会?

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3个答案
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陆白白生物工程博士

2016-12-22 07:27

事实上,另外一头根本不可能有水渗出,原因很简单,压力不够。

对于无孔的半透膜,水分子通过扩散作用跨越膜,此时传质推动力为浓度差产生的渗透压。那么我们假设另外一头有水渗出的时候,这个系统可以看做低浓溶液与高浓溶液通过膜1构成一个具有渗透压1扩散对,同时,高浓溶液与水通过膜2再构成一个具有渗透压2扩散对。水在两张膜上必然都趋向从低浓区进入高浓区,假如你的膜是有弹性的,那高浓区的溶液体积会变大,从而降低其浓度。如果你的膜是刚性膜,那么传质的方向一定是从水到高浓区,然后再从低浓区被挤出来,因为渗透压2高于渗透压1,而宏观的物质迁移必然是自发从高压区到低压区,反之则无法发生。所以你想象的另一侧膜会有水渗出这件事根本不会发生,原因就在于即便水通过渗透作用从低浓度溶液进入高浓度溶液所产生的压力增加,也不足以把纯溶剂从另一侧的膜中压出。更不要说什么循环了

这个实验可以换一个更简单的物理模型,就是一根管子的两头各有两个活塞,两个活塞上各施加一个相向的力F1和F2,无论两个活塞之间填充的是刚性还是弹性材料,最后的结果必然都是两个活塞被较大的那个力推向较小的那个力那一侧,而非反之

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毛骡金属材料学博士

2016-12-12 14:48

你可能对半透膜有些误会。

半透膜分两种,一种需要外力做功,一种不需要。需要做功的比较厉害,可以实现无视压力差的渗透。比如你问题中出现的情况。

不需要外力做功的,物质透过膜的力来自于外界的压力,可以是压力差,可以是浓度差,也可以是两者之和。所以问题来了:你的浓溶液如果始终不能脱离你的半透膜,那么吸水稀释之后内部压力会迅速上升,然后虽然内部浓度仍然高,但是因为内部压力远高于外部而导致渗透停止。水处理中有这个技术:RO,反渗透淡化技术。利用强大的机械压力将盐水中的水挤压到半透膜的另一边,留下更浓的盐水。

所以,你假设的情况不存在。

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scythe7三只脚的猫

2016-12-12 11:53

你总得把水重新配制成稀溶液,从烧杯外装回烧杯里去吧,不然烧杯也不是无限容量的,何来无限循环

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