滲透壓

對于兩側(cè)水溶液濃度不同的半透膜，為了阻止水從低濃度一側(cè)滲透到高濃度一側(cè)而在高濃度一側(cè)施加的最小額外壓強稱為滲透壓。滲透壓與溶液中不能通過半透膜的微粒數(shù)目和環(huán)境溫度有關(guān)。

1877年德國植物學家弗菲爾（Pfeffer）根據(jù)其實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩條規(guī)律：

（1） 在溫度一定時，稀溶液的滲透壓力與溶液的濃度成正比

（2） 在濃度一定時，稀溶液的滲透壓力與熱力學溫度成正比

1886年荷蘭理論化學家范托夫（van't Hoff）從理論上推導(dǎo)出難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓力與溶液濃度和熱力學溫度的關(guān)系為：

上式稱為范托夫公式，也叫滲透壓公式。

c為摩爾濃度，單位：mol/L，也可以算作C=n/V（物質(zhì)的量(mol)/體積(L)）。

R為理想氣體常數(shù)，當π的單位為kPa，V的單位為升（L）時，R值為8.314J·K-1·mol-1。

T為熱力學溫度，單位：K（開爾文），與攝氏度的換算關(guān)系是 T(K) = 273 T(C)，例：25攝氏度=298開爾文。

范托夫公式表示，在一定溫度下，溶液的滲透壓與單位體積溶液中所含不能通過半透膜的溶質(zhì)的粒子數(shù)（分子數(shù)或離子數(shù)）成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。

范特霍夫因為滲透壓和化學動力學等方面的研究獲得第一屆諾貝爾化學獎。

1886年范特霍夫根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出一條規(guī)律：對稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。這條規(guī)律稱為范特霍夫定律。

原理為將溶液和水置于U型管中，在U型管中間安置一個半透膜，以隔開水和溶液，可以見到水通過半透膜往溶液一端跑，若于溶液端施加壓力，而此壓力可剛好阻止水的滲透，則稱此壓力為滲透壓，滲透壓的大小和溶液的質(zhì)量摩爾濃度、溶液溫度和溶質(zhì)解離度相關(guān)，因此有時若得之滲透壓的大小和其他條件，可以反推出大分子的分子量。范特霍夫因為滲透壓和化學動力學等方面的研究獲得第一屆諾貝爾化學獎。

排空效應(yīng)是疏水作用（疏水力實質(zhì)是熵和自由能的混合效應(yīng)）的理想情況，而滲透壓是使大分子產(chǎn)生這種排空力的原因。滲透壓可以看成單位體積內(nèi)的自由能變化。排空效應(yīng)是小顆粒能把大顆粒推到一起，以使小顆粒自身的熵最大，如果兩個表面精確匹配，則相應(yīng)的單位接觸面積上的自由能減少為ΔF/A=ckBT×2R，R 為小顆粒半徑（這里的c不是濃度是分子數(shù)密度）。

小顆粒能夠有效的幫助大分子找到彼此特異性識別位點，在生物學實驗中，常用血清蛋白（BSA）和聚乙二醇（PEG）充當小顆粒，它們稱為阻塞試劑。比如他們可以幫助脫氧血紅蛋白和其他大蛋白粘在一起，溶解性降低10 倍；葡聚糖或PEG 能穩(wěn)定復(fù)合物不受熱分解，可以使DNA 溶解度增加若干；PEG 和BSA 還能使機動蛋白絲自組裝速率或不同酶的活性增加幾個數(shù)量級；在大腸桿菌DNA 復(fù)制系統(tǒng)中如果不加入阻塞試劑就不能工作。選擇何種阻塞試劑并不重要，關(guān)鍵是他相對組裝分子的尺度及數(shù)密度。這是無序狀態(tài)過程中同時驅(qū)動的有序組裝，這個的有序是以更小顆粒更大的無序為代價的。

恰好能阻止?jié)B透發(fā)生的施加于溶液液面上方的額外壓強稱為滲透壓力（簡稱滲透壓） 。

植物細胞以滲透吸水為主，其動力就是滲透壓。那么滲透壓對細胞的世界究竟有多大意義呢？我們還必須拿具體的數(shù)據(jù)來說明，假設(shè)細胞半徑為R，由于滲透壓膨脹變?yōu)镽 dR，這樣面積的增加為dA=8πRdR，其能量消耗為Σ×dA。如要讓細胞膨脹達到平衡，就是讓自由能pdV 等于表面張力，通過計算可以得到拉普拉斯公式：Σ=Rp/2。如果紅細胞在純水中，阻止水進入細胞的壓強為300pa，假設(shè)細胞直徑10μm，對細胞來說有多大呢？代入估算的p 得到Σ=10－5m×300pa/2=1.5×10－3Nm－1。這個力足夠撕開真核細胞，將細胞摧毀。所以你不能用純水來稀釋紅細胞，這樣他們會爆裂，即溶胞。

• 滲透壓力：工程地質(zhì)學術(shù)語

• 滲透壓力：植物生理學術(shù)語

晶體滲透壓——維持細胞內(nèi)外水平衡

膠體滲透壓——維持血管內(nèi)外水平衡