渗透压是溶剂(纯水)通过半透膜向溶液一侧扩散的趋势。施加的外压恰好抵消这种趋势,达到渗透平衡时,该压力值即为渗透压。渗透压方向总是从纯溶剂指向溶液,或从低浓度溶液指向高浓度溶液。
范特霍夫公式 描述了渗透压与溶液浓度的关系,表达式为 Π = iCRT,其中各参数含义如下:
- Π (渗透压):单位通常为巴 (bar) 或大气压 (atm)。
- C (摩尔浓度):单位为 mol/L。
- R (气体常数):当压力单位使用巴时,R = 0.083 L·bar·mol⁻¹·K⁻¹;当使用大气压时,R = 0.0821 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹。
- T (绝对温度):单位为 K,计算公式为 T(K) = 273.15 + t(℃)。
- i (范特霍夫系数):表示溶质粒子在溶液中的实际粒子数与溶质分子数之比。非电解质(如蔗糖、葡萄糖)的 i = 1,公式简化为 Π = CRT;电解质(如 NaCl、CaCl₂)的 i 需根据解离情况计算,公式为 i = 1 + (n-1)α,其中 n 为解离出的离子数,α 为解离度。
渗透压是物理化学与生物学中的核心概念,在细胞水平上对维持渗透平衡、调控水分运输以及理解疾病机制具有重要科学意义。