电场对渗透压的影响.pdf

1 滲透壓 滲透壓 壹 摘要 壹 摘要 在本實驗中 我們一開始想以玻璃管進行滲透壓的實驗 在做了一系列的測試後 我們 決定以管壁的厚薄作為依據 選擇了管徑 2 4c m的塑膠管作為實驗選擇 因為較厚的管壁可 以使玻璃紙黏貼的比較緊密 不易產生漏液 提高實驗的準確性與穩定性 接下來我們選擇不同的氯化物溶液 改變它們的濃度以及入水深度 以對滲透壓進行研 究分析 發現對電解質溶液而言 離子的濃度和離子對水分子的靜電力 乃是影響滲透壓的 重要因素 之後因為塑膠管的局限性 我們設計的 U 形管的測量模式並外加了磁場和電場 在發現 磁場的影響不明顯之餘 我們卻看到電場對電解質的離子溶液直接而明顯的影響 同時也以 蔗糖溶液作了進一步的驗證 最後在鈉的化合物溶液中 我們再一次藉由解離度的變化 肯定了離子的濃度為影響滲 透壓的主要因素 同時根離子的孤對電子對與水分子間的靜電力 也是一個不可輕忽的影響 因素 在完成了這次的實驗後 我們設計出一個價廉物美實驗方式 相信有更多關於滲透壓的 奧妙等著我們去揭開 貳 研究動機 貳 研究動機 一年級上學期的生物課中 老師提到若將細胞放入清水中 細胞會因為水的滲透 最後 脹破而死 因為濃度低的溶液在滲透壓的作用下會向濃度高的溶液擴散 因此我們想觀察各 種溶液滲透壓的變化情形 進而探究滲透壓與各項變因之間的關係 同時也希望藉由自己設 計的實驗模式來進行更進一步的探討 2 參 研究目的 參 研究目的 一 找尋準確性高 穩定度佳的測量方式 來測量溶液的滲透壓的變化情形 二 利用所找到的方法 測量氯化物溶液 在不同的濃度或不同的入水深度時 滲透壓 的變化情形 三 自製可以外加磁場及電場的 U 形管測量裝置 四 使用自製的 U 形管 測量氯化物溶液的滲透壓的變化情形 五 利用自製的 U 形管 測量氯化物溶液的滲透壓在磁場下的變化情形 六 利用自製的 U 形管 測量氯化物溶液的滲透壓在電場下的變化情形 七 測量蔗糖溶液的滲透壓在電場下的變化情形 以驗證我們對電解質溶液在電場下的 透壓變化情形之推論 八 以鈉的化合物溶液取代氯化物溶液 並測量溶液在電場下的變化情形 肆 研究原理 肆 研究原理 滲透壓 o s m o l a r i t y 是指半透膜的選擇性 使膜內外的溶質無法通透 而兩邊溶液為達成濃 度的平衡便產生一種壓力 液體能夠擴散過皮膚和其他生物膜 也能通過羊皮紙 玻璃紙和 聚氯乙烯膜 但大多數的溶解粒子無法過所謂的半透膜 一種只能容許溶劑和較小的溶質粒 子擴散而不容許較大的溶質分子擴散的膜 簡單來說 是指半透膜的選擇性 溶劑由較稀薄 的溶液通過半透膜到較濃的溶液 使膜內外的溶質無法通透 而兩邊溶液為達成濃度的平衡 便產生一種壓力 叫做滲透 3 伍 研究器材與設備 伍 研究器材與設備 器材 2 5 0 c c 燒杯 2 4個 滴管 4 支 強力黏著劑 剪刀 2 把 1 0 0 c c 量筒 攪拌棒 保鮮膜 玻璃紙 長木板 片 約 43 公分 內口徑 2 4 公分壓克力管 1 6支 泡棉膠一捲 標 籤貼紙數個 磁鐵 3 0個 自製尺 1 5 c m一把 內口徑 0 6 5 公分 1 公分及 1 6公分玻璃 管各 2 支 雙面膠 塑膠管 止洩帶 膠帶 電源供應器 飛機木 形管 208 支 104 組 藥品 氯化鈉 氯化鉀 氯化鈣 氯化鎂 氯化鍶 蔗糖 碳酸鈉 碳酸氫鈉 硫代硫酸納 硝酸鈉和硫酸鈉等 圖一 器材的照片圖 4 陸 研究過程與討論 陸 研究過程與討論 研究一 食鹽 氯化鈉 水溶液的滲透壓與濃度及入水深度之關係 想法 為了找到一個便於觀察且準確性高及穩定性佳的實驗方式 我們先由管徑大小與材質 著手 進行測試及分析 實驗 一 改變管徑大小 並以 2 M及 4M的氯化鈉水溶液測試 找尋適合的管徑 研究一 食鹽 氯化鈉 水溶液的滲透壓與濃度及入水深度之關係 想法 為了找到一個便於觀察且準確性高及穩定性佳的實驗方式 我們先由管徑大小與材質 著手 進行測試及分析 實驗 一 改變管徑大小 並以 2 M及 4M的氯化鈉水溶液測試 找尋適合的管徑 一 實驗步驟 1 利用強力接著劑將玻璃紙黏貼於管徑為 0 6 5 公分的玻璃管底部 再以長木條及泡綿膠 將玻璃管固定 2 在距離玻璃管底部 1 公分處畫上刻度 再將其放入 2 5 0 m l 的燒杯中 把蒸餾水加到燒 杯中 直到管外的蒸餾水深度為 1 公分 即與刻度同高 3 分別將 2 M及 4M的氯化鈉溶液加入玻璃管中 直到管內溶液的液面高度與玻璃管外 的蒸餾水水面同高 4 一天後觀察管內外的液面變化 並紀錄其高度差 把畫有刻度的紙條護貝後 放入蒸餾水中測量高度 高度差 c m 本實驗所指的高度差 乃是指管內和管外液體的液面的高度差異 高度差 c m 本實驗所指的高度差 乃是指管內和管外液體的液面的高度差異 5 將原玻璃管 依序以管徑 1 公分 1 6公分的玻璃管及 2 4公分的壓克力管取代 並重 複步驟 1 至 4 二 裝置 圖二 裝置示意圖 兩支玻璃管內分別含 2M 及 4M 的氯化鈉水溶液 內外的 液面深度同為 1 公分 圖三 裝置的照片 5 二 實驗結果 管徑與材質 0 6 5 c m玻璃管1 c m玻璃管 1 6 c m玻璃管 2 4c m塑膠管 2 M溶液的高度差 0 3 5 c m 0 c m 0 c m 0 4c m 4M溶液的高度差 0 c m 0 7 5 c m 0 7 c m 0 8 c m 討論 內外的液面容易因玻璃紙沒有黏緊產生漏液 導 致高度差為零 高度差有明顯 的差異 三 討論與分析 1 從結果我們發現管子內外的液面高度差與管徑的大小沒有直接的關係 2 玻璃管與塑膠管的評估分析 裝置 優點 缺點 玻璃管 1 管徑的尺寸較多 選擇性較高 2 表面光滑 清洗較易 不會殘留 接著劑 1 接著劑不易黏緊 易產生漏液 2 管壁厚度不夠 不易將玻璃紙完 全黏附在管子上 塑膠管 1 管壁厚度大 約 0 2 c m 可以將玻 璃紙完整的黏貼在管子上 2 所注入的溶液量較多 產生的誤 差較小 準確性較高 3 體積大 較易觀測 1 使用的溶液較多 耗費較大 2 表面容易於清洗時刮傷增加測量 的難度 或產生接著劑的殘留 3 根據我們所得到的實驗結果及討論分析後 我們決定以塑膠管來進行實驗 以增加實 驗的準確性和穩定率 6 實驗 二 將不同濃度的氯化鈉水溶液 放置在不同深度的水中 測量滲透壓的變化情形 實驗 二 將不同濃度的氯化鈉水溶液 放置在不同深度的水中 測量滲透壓的變化情形 一 實驗步驟 1 在黏好玻璃紙的塑膠管底部 1 公分處畫上刻度 再將其放入 2 5 0 m l 的燒杯中 把蒸餾 水加到燒杯中 直到管子的入水深度為 1 公分 即與刻度同高 2 分別將 1 M 2 M 3 M及 4M的氯化鈉溶液加入塑膠管中 直到與管外的蒸餾水水面 同高 3 按時觀察管內外的液面變化 並紀錄其高度差 4 依序將入水的深度更改為 2 公分 3 公分及 4公分 並重複步驟 1 至 3 二 實驗結果 0 1 2 3 01 02 03 0405 0時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M Na C l 入水深度1 c mNa C l 入水深度1 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M Na C l 入水深度2 c mNa C l 入水深度2 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M Na C l 入水深度3 c mNa C l 入水深度3 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M Na C l 入水深度4c mNa C l 入水深度4c m 圖四 氯化鈉溶液入水深度 1cm 時 高度差對時間的關係圖 圖五 氯化鈉溶液入水深度 2cm 時 高度差對時間的關係圖 圖六 氯化鈉溶液入水深度 3cm 時 高度差對時間的關係圖 圖七 氯化鈉溶液入水深度 4cm 時 高度差對時間的關係圖 7 三 討論與分析 1 從結果可知 濃度越大 內外的高度差就越多 表示滲透壓隨濃度增加而變大 2 而入水深度越大 高度差也越大 這是因為玻璃紙進入水中的深度越大 蒸餾水自玻 璃紙滲入溶液的壓力也越大 故為了平衡內外的壓力差 所以高度差也就必須隨之增 加 以抵消水分子滲入溶液的壓力 3 根據我們的觀察 實驗剛開始的時候 高度差的變化速率較快 而隨時間的增長 上 升速率逐漸變小 所以高度差對時間的關係曲線會由陡變緩 這是因為實驗剛進行 時 溶液的濃度較大 水分子自玻璃紙滲透到溶液中的速率也較大 後來由於水分子 的擴散作用造成溶液的濃度下降 以及溶液的液面上升使得逆向的壓力增大 導致滲 透壓降低 滲透速率也就逐漸下降 最後達成平衡 高度差就不再有變化 4 根據以上的結果 我們按照實驗結束時 約 48 小時 的高度差做圖 從圖中我們發現 高度差和溶液濃度間可能存在著線性關係 近似正比的關係 表示本實驗方式有不錯 的準確性及穩定性 也讓我們對之後的探討有更足夠的信心 不同入水深度時濃度與高度差的關係不同入水深度時濃度與高度差的關係 0 1 2 3 1 M2 M3 M4M 高度差 濃度 1 c m 2 c m 3 c m 4c m 8 實驗 三 以其他的氯化物溶液取代氯化鈉溶液 並測量其滲透壓的變化情形 實驗 三 以其他的氯化物溶液取代氯化鈉溶液 並測量其滲透壓的變化情形 一 實驗步驟 1 在黏好玻璃紙的塑膠管底部 1 公分處畫上刻度 將其放入 2 5 0 m l 的燒杯中 加入蒸餾 水直到管子的入水深度為 1 公分 即與刻度同高 2 分別將 1 M 2 M 3 M及 4M的氯化鉀溶液加入塑膠管中 直到與管外的蒸餾水水面 同高 3 觀察管內外的液面變化 並紀錄其高度差 4 依序將入水的深度更改為 2 公分 3 公分及 4公分 並重複步驟 1 至 3 5 依序以氯化鎂 氯化鈣和氯化鍶溶液取代氯化鉀溶液 並重複步驟 1 至 4 二 實驗結果 入水深度 1 c m入水深度 1 c m 0 0 5 1 1 5 2 Na C lK C lM g C l 2 C a C L 2 Na C l 2 溶液 高度差 1 M 2 M 3 M 4M 入水深度 2 c m入水深度 2 c m 0 1 2 3 Na C lK C lM g C l 2 C a C L 2Na C l 2 溶液 高度差 1 M 2 M 3 M 4M 圖八 入水深度 1cm 時 各種溶液的高度差關係圖 圖九 入水深度 2cm 時 各種溶液的高度差關係圖 9 入水深度 3 c m入水深度 3 c m 0 1 2 3 4 Na C lK C lM g C l 2 C a C L 2Na C l 2 溶液 高度差 1 M 2 M 3 M 4M 入水深度 4c m入水深度 4c m 0 1 2 3 4 5 Na C lK C lM g C l 2 C a C L 2Na C l 2 溶液 高度差 1 M 2 M 3 M 4M 三 討論與分析 1 根據實驗結果 我們將溶液區分為兩大類 其中氯化鈉和氯化鉀溶液為一類 氯化鎂 氯化鈣和氯化鍶溶液則為另一類 2 為了分析這兩類溶液的差異性 我們找出各個離子的半徑大小 離子 Na K M g 2 C a 2 S r 2 離子 Na K M g 2 C a 2 S r 2 半徑 埃 0 9 5 1 3 3 0 6 5 0 9 9 1 1 3 半徑 埃 0 9 5 1 3 3 0 6 5 0 9 9 1 1 3 從以上的資料顯示出離子半徑大小和滲透壓沒有直接的關係 3 我們所區分的兩大類溶液 在低濃度或入水深度較小時 差別並不明顯 推斷其原因 可能是因為測量的最小單位為 0 1 c m 而此時的高度差多在 0 4 0 8 c m之間 所以測量 上誤差可能有 2 5 1 2 左右 造成溶液的差異性較低 圖十一 入水深度 4cm 時 各種溶液的高度差關係圖 圖十 入水深度 3cm 時 各種溶液的高度差關係圖 10 4 在高濃度或入水深度較大時 這兩大類溶液的高度差約為 1 2 分析其原因 首先 Na C l 或 K C l 溶於水產生了 Na C l 以及 K C l 的離子 而 M g C l 2 C a C l2 和 S r C l2 則分別產生了 M g 2 2 C l 和 C a2 2 C l 以及 S r2 2 C l 的離子 所以這兩大類溶液的 離子數比約為 2 3 表示同濃度的溶液中 鹼土族金屬氯化物溶液的離子濃度明顯 的高於鹼金族金屬氯化物溶液的離子濃度 5 雖然從離子的濃度討論中 可以讓我們找出部分的原因 但仍不足以說明爲何兩者的 高度差的比會達到 1 2 因此在我們查了一些相關的資料後 發現鹼土族金屬氯化 物溶液有很高吸水性 也就是對水的靜電 庫侖 力較大 這可能和它單位體積內所含 離子的電荷數較多有關 因此當水分子因鹼土金屬離子的靜電 庫侖 力較大 而滲入 較多之後 高度差便會增加 所以本實驗結果可能就是在離子濃度以及對鹼土金屬離 子水分子的靜電 庫侖 力作用下的結果 11 研究二 U 形管的設計與製作 想法 在使用塑膠管測量滲透壓後 我們得到了不錯的結果 但接下來我們發現 如果想要 在裝置中外加磁場或電場進行測量 可能會無法如願 因此我們進行了一系列的嘗試 後找到了新的實驗方式 研究二 U 形管的設計與製作 想法 在使用塑膠管測量滲透壓後 我們得到了不錯的結果 但接下來我們發現 如果想要 在裝置中外加磁場或電場進行測量 可能會無法如願 因此我們進行了一系列的嘗試 後找到了新的實驗方式 一 實驗裝置的評估與分析 玻璃管 塑膠管 溶液的消耗量 低 高 實驗進行時間 長 短 接觸面較大 平衡較快 外加變因 磁場或電場 能 可以外加電場或磁場來進行實驗 否 裝置太大 不易外加磁場或電場 是否易碎 是 否 壓克力管較不易破裂 清洗難易 易 難 快乾乾時易附著於表面 使表 面一點一點白白的 妨礙測量 優點 1 能一次進行較多組實驗 2 水分蒸發較少 1 較堅固不易漏水 2 裝置較簡易 3 受環境影響較小 缺點 1 裝置較複雜 1 表面易刮傷影響測量 二 製作 1 將 1 支 L形玻璃管的底部以玻璃紙包覆 套入長度約 1 c m透明的橡皮管中 管徑略大 於玻璃管 完成後 再把另 1 支相同的 L形玻璃管 無玻璃紙 套入橡皮管的另一側 做成一中間有玻璃紙作為半透膜的 U 形管 2 在 U 形管的兩側分別加入溶液和蒸餾水至 8 c m高 自 U 形管的底部量起 觀察兩側 液面的高度變化 三 討論 1 完成後的 U 形管 易因玻璃紙破裂或玻璃管與橡皮管的接縫處不夠緊密而產生漏液 的現象 導致實驗無法進行 2 爲了提高裝置的製作的成功率 我們將進行一連串的測試 12 四 改良 1 爲了減少 U 形管產生漏液的情況 我們在玻璃管與橡皮管的接縫處 進行了一系列 的補強實驗 並針對補強後的情況進行分析 2 裝置圖 上圖中依序為 未處理 熱熔膠 保麗龍膠 白膠 止洩帶 3 分析與討論 未處理 熱熔膠 保麗龍膠 白膠 止洩帶 成功機率 20 35 60 70 90 對塑膠管影 響 無 有 溫度太高易 使塑膠管熔化 有 因黏太緊不 易拆下 無 無 漏液機會 高 高 高 中 低 製作所需時 間 短 長 乾燥所需時 間較長 約需 1 2 小時 長 乾燥所需時 間較長 約需 24 26 小時 長 乾燥所需 時間較長 約 需 10 12 小 時 短 拆下情形 易 難 因黏在一起 不易拆下 難 黏太緊不易 拆下 易 易 對玻璃紙影 響 無 有 溫度太高使 玻璃紙融化 有 易滲入管內 影響實驗結果 無 無 優點 製作較簡易 比之前不易漏 水 較之前不易漏水不易漏水 也 較易拆下 製作簡易 且不受時間 限制 缺點 若溶液漏出 易 導致漏電 製作較困難 易 損壞塑膠套 以 致無法重複使 用 保 麗 龍 膠 不 易 乾 使製作所需 時間較長 不 易 乾 導 致 製 作 所 需 時 間長 所需量較多 13 研究三 氯化物的溶液在磁場 電場的作用下 高度差與濃度之間的變化情形 實驗 一 探討氯化鎂溶液在 U 形管中受外加磁場作用下 高度差的變化情形 研究三 氯化物的溶液在磁場 電場的作用下 高度差與濃度之間的變化情形 實驗 一 探討氯化鎂溶液在 U 形管中受外加磁場作用下 高度差的變化情形 一 實驗步驟 1 將 形管的一側加入2 M 的氯化鎂溶液至 公分處 另一側加入蒸餾水至相同的高度 2 測量高度差隨時間的變化情形 並紀錄之 3 在 U 形管的兩側各加入 15 塊強力磁鐵 並重複步驟 1 至 2 二 實驗裝置 三 實驗結果 1 此裝置把兩旁的磁鐵貼近 U 形玻璃管 能把磁場的影響提升到最大 2 實驗的結果發現磁場對滲透壓微乎其微 因此我們推論磁場對於電解質溶液的滲透壓 影響很小 或是我們所加的磁場太小 不足以發生變化 圖十二 裝置與實驗結果圖 左 有磁場 右 無磁場 14 實驗 二 將各種氯化物溶液倒入 U 形管中 並外加電場後 測量滲透壓的變化情形 實驗 二 將各種氯化物溶液倒入 U 形管中 並外加電場後 測量滲透壓的變化情形 一 實驗步驟 1 分別在 U 形管的一側管中將 0 5 M 1 M 1 5 M及 2 M的氯化鈉溶液加入 並在另一側 加入蒸餾水 直到兩端的高度相等 2 依序以氯化鉀 氯化鎂 氯化鈣和氯化鍶溶液 取代氯化鈉溶液 並重複步驟 1 3 依序將電壓增至 1 0 V 2 0 V和 3 0 V並重複步驟 1 至 3 二 實驗裝置與改進 1 電源供應電荷的大小有 10V 20 和 30V 2 改善後的裝置 圖三 裝置示意圖 圖十四 裝置示意圖 圖十三 裝置示意圖 30V 電壓 20V 電壓 10V 電壓 水位高度 校準線 濃度高低 由右而左 左邊 右邊 15 三 實驗結果 1 剛開始的實驗以小銅片進行 但可能因為銅片太小 電場不均勻且下降的太快 以至 於變化很小 無法看出其中的差異性 2 改善後的實驗裝置 因銅片的面積增大許多 因此所產生的電場相當接近平行電場 所以電場變得更加均勻 也不會因距離增加而減小 若將 U 形管的底部置於銅片的 中央處 將可以增加實驗的穩定性及準確性 3 因為電場是直接且較有力的影響離子移動 所以結果較磁場顯著 無外加電場 0 0 5 1 1 5 2 2 5 Na C lK C lM g C l 2Sr C l 2C a C l 2 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 1 0 伏特電場 0 0 5 1 1 5 2 2 5 Na C lK C lM g C l 2Sr C l 2C a C l 2 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 圖十五 各種溶液在無電場時 高度差對濃度的關係圖 圖十六 各種溶液在 10V 時 高度差對濃度的關係圖 16 2 0 伏特電場 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Na C lK C lM g C l 2Sr C l 2C a C l 2 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 3 0 伏特電場 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 Na C lK C lM g C l 2Sr C l 2C a C l 2 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 四 討論分析 1 裝置 優點 缺點 小銅片 1 裝置架設速度快且簡便 1 因沒有統一校正液面的高度 所以誤差大 2 管子放置的方向使觀察與測量不易 大銅片 1 受環境因素的影響較小 2 誤差小 因加了校準線 1 總所佔位置比較大 桌子空間不能同時放更多 組裝置一起進行多種變因的實驗 2 溶液和水的加入及水位的校正 裝置架設需花 較多的時間 圖十七 各種溶液在 20V 時 高度差對濃度的關係圖 圖十八 各種溶液在 30V 時 高度差對濃度的關係圖 17 2 根據結果 電場對鹼土金屬溶液的影響較鹼金屬族溶液明顯許多 這可能是因為鹼土 金屬的離子所帶的電荷數較多 所以受到電場的影響較大 1 2 FE 蒸餾水 FE 鹼土金屬溶液 負極 正極 3 電場越大 高度差則越大 這可能是因為在電場的作用下 U 形管底部的氯離子和金 屬離子分佈在兩端 造成兩端的濃度上升 所以玻璃紙附近的溶液離子濃度增加 所 以產生高度差隨電場上升而增加的現象 4 此外我們發現電場對鹼土金屬的化合物溶液的影響 較鹼金屬的化合物溶液來得大 這可能是鹼土金屬離子所帶的電荷數較多 靜電力較大 所造成的結果 5 為了要加以驗證我們的推論 我們特地補做了的 0 5 2M 蔗糖水溶液在電場下的實 驗 來進行驗證 6 從蔗糖溶液的實驗結果中 我們發現電場對蔗糖溶液高度差變化的影響很小 對於在 電場的作用下 使得溶液中的離子分佈在兩端的說法更提供了驗證 0 1 2 3 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M 蔗糖 電壓0V蔗糖 電壓0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M 蔗糖 電壓1 0V蔗糖 電壓1 0V 玻璃紙 18 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M 蔗糖 電壓2 0V蔗糖 電壓2 0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M 蔗糖 電壓3 0V蔗糖 電壓3 0V 實驗 三 將不同濃度的鈉化物水溶液 利用 U 形管 外加電場測量滲透壓的變化情形 實驗 三 將不同濃度的鈉化物水溶液 利用 U 形管 外加電場測量滲透壓的變化情形 一 實驗步驟 1 將研究三的實驗 二 中的溶液以碳酸鈉 碳酸氫鈉 硫代硫酸納 硝酸鈉和硫酸鈉溶 液取代 二 實驗結果 無外加電場 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Na 2 S2 O 3 Na NO 3Na HC O 3 Na 2 SO 4Na 2 C O 3 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 電場1 0 伏特 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Na 2 S2 O 3 Na NO 3Na HC O 3 Na 2 SO 4Na 2 C O 3 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 圖十九 各種溶液在無電場時 高度差對濃度的關係圖 圖十九 各種溶液在 10V 時 高度差對濃度的關係圖 19 電場2 0伏特 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Na 2 S2 O 3 Na NO 3Na HC O 3 Na 2 SO 4Na 2 C O 3 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 電場3 0伏特 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Na 2 S2 O 3 Na NO 3Na HC O 3 Na 2 SO 4Na 2 C O 3 溶液 高度差 0 5 M 1 0M 1 5 M 2 0M 1 首先要說明的是 本實驗中的溶液濃度乃以鈉離子的濃度為比較的標準 2 從實驗的結果中我們發現解離度越大的溶液 高度差也越大 也符合了我們之前的推 論 在電解質溶液中因為溶液會發生解離現象的緣故 所以濃度的比較以離子的濃度 作為依據會有比較高準確性 3 本實驗的溶液 高度差多大於氯化鈉溶液 見圖 十五至圖 十八 表示電解質溶液除了 受的解離度影響 導致離子的濃度產生變化 而影響了滲透壓的大小外 滲透壓仍受 其他因素的影響 所以解離度較低的硫代硫酸鈉或碳酸氫鈉溶液 其高度差仍接近完 全解離的氯化鈉 4 至於解離度高的碳酸鈉 硝酸鈉或硫酸鈉高度差更是明顯的高出氯化鈉許多 我們以 硫酸鈉為例 硫酸根離中一個氧有 3 對孤對電子對 所共有 1 2 對 可吸引 1 2 個水分 子 氯離子僅有 4對孤對電子對 至多能吸引 4個水分子 因此根離子對於水分子的 吸引力可說是遠大於氯離子 也造成了滲透壓明顯的大出許多的結果 圖二十 各種溶液在 20V 時 高度差對濃度的關係圖 圖二十一 各種溶液在 30V 時 高度差對濃度的關係圖 20 柒 結論 柒 結論 1 當把相同體積的蒸餾水和某溶液分置於容器的兩側 中間以半透膜阻隔 水分子將穿 過半透膜 向溶液側擴散造成溶液的濃度下降 且使溶液液面上升直到達成一定的高 度 差 所形成的壓力差足以平衡滲透壓 2 根據我們的實驗結果 發現在電解質溶液中 離子濃度的以及離子或根離子對水的靜 電力 決定了對蒸餾水的滲透壓的大小 3 鹼土金屬的離子相較於鹼金屬的離子 由於離子數以及離子的電荷數和電荷的密度較 大的緣故 對水分子的靜電力較大 所以液面的高度差較大 即滲透壓較高 4 在磁場作用下 電解質的滲透壓變化不明顯 表示影響很小 5 而電場對離子的影響力較大 所以高度差隨電場的增加明顯的變大 而且所帶電量越 大的離子影響越明顯 6 在本實驗中 我們設計出一個合理又兼具準確性的 U形管測量機制 希望以後能有 更多向性的發展 捌 未來展望 捌 未來展望 在本實驗中 我們設計出一個合理又兼具準確性的 U 形管測量模式 希望能做更多 向性的發展 例如溫度 震動 時間或其他的因素對於滲透壓的影響 未來的實驗裡 將著重在不同的半透膜對滲透壓的影響 而電解質以外的溶液與蒸 餾水的滲透壓的關係變化 或是各種不同的溶液間的滲透壓變化情形 都是我們很期待 且想要知道的結果 藉由本次實驗所設計的方法 也可以幫助我們一窺究竟 玖 參考資料 玖 參考資料 1 光復科學圖鑑 光復書局 2 物理 化學 東華書局 3 生命科學 鄭湧徑編 康熙書局 4 原子結構 曾國輝編 建宏出版社 5 水溶液 建宏出版社 6 水 建宏出版社 21 拾 附件 拾 附件 1 氯化鉀溶液的高度差關係圖 0 1 2 3 01 02 03 0405 0時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M K C l 入水深度1 c mK C l 入水深度1 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M K C l 入水深度2 c mK C l 入水深度2 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M K C l 入水深度3 c mK C l 入水深度3 c m 0 1 2 3 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M K C l 入水深度4c mK C l 入水深度4c m 2 氯化鎂溶液的高度差關係圖 0 1 2 3 4 01 02 03 0405 0時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M M g C lM g C l22 入水深度1 c m 入水深度1 c m 0 1 2 3 4 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M M g C lM g C l22 入水深度2 c m 入水深度2 c m 0 1 2 3 4 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M M g C lM g C l22 入水深度3 c m 入水深度3 c m 0 1 2 3 4 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M M g C lM g C l22 入水深度4c m 入水深度4c m 22 3 氯化鈣溶液的高度差關係圖 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M C a C lC a C l22 入水深度1 c m 入水深度1 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M C a C lC a C l22 入水深度2 c m 入水深度2 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M C a C lC a C l22 入水深度3 c m 入水深度3 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M C a C lC a C l22 入水深度4c m 入水深度4c m 4 氯化鍶溶液的高度差關係圖 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M S r C lS r C l22 入水深度1 c m 入水深度1 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M S r C lS r C l22 入水深度2 c m 入水深度2 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M S r C lS r C l22 入水深度3 c m 入水深度3 c m 0 1 2 3 4 5 01 02 03 0405 0 時間 h r 高度差 1 M 2 M 3 M 4M S r C l2 入水深度4c mS r C l2 入水深度4c m 23 5 氯化鈉溶液的電場下高度差關係圖 0 0 3 0 6 0 9 1 2 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M Na C l 電壓0VNa C l 電壓0V 0 0 4 0 8 1 2 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M Na C l 電壓1 0VNa C l 電壓1 0V 0 0 3 0 6 0 9 1 2 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M Na C l 電壓2 0VNa C l 電壓2 0V 0 0 3 0 6 0 9 1 2 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M Na C l 電壓3 0VNa C l 電壓3 0V 6 氯化鉀溶液的電場下高度差關係圖 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M K C l 電壓0VK C l 電壓0V 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M K C l 電壓1 0VK C l 電壓1 0V 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M K C l 電壓2 0VK C l 電壓2 0V 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M K C l 電壓3 0VK C l 電壓3 0V 24 7 氯化鎂溶液的電場下高度差關係圖 0 1 2 3 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M M g C lM g C l22 電壓0V 電壓0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M M g C lM g C l2 2 電壓1 0V 電壓1 0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M M g C lM g C l22 電壓2 0V 電壓2 0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M M g C lM g C l22 電壓3 0V 電壓3 0V 8 氯化鈣溶液的電場下高度差關係圖 0 1 2 3 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M C a C l 2 電壓0VC a C l 2 電壓0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M C a C l 2 電壓1 0VC a C l 2 電壓1 0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M C a C l 2 電壓2 0VC a C l 2 電壓2 0V 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M C a C l 2 電壓3 0VC a C l 2 電壓3 0V 25 9 氯化鍶溶液的電場下高度差關係圖 0 1 2 3 4 02468時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M S r C l 2 電壓0VS r C l 2 電壓0V 0 1 2 3 4 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M S r C l 2 電壓1 0VS r C l 2 電壓1 0V 0 1 2 3 4 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M S r C l 2 電壓2 0VS r C l 2 電壓2 0V 0 1 2 3 4 02468 時間 h r 高度差 0 5 M 1 M 1 5 M 2 M S r C l 2 電壓3 0VS r C l 2 電壓3 0V 1 0 碳酸鈉溶液的電場下高度差關係圖 0 1 2 3 02468時間 h r 高度差 0 2 5 M 0 5 M 0 7 5 M 1 M Na 2 C O 3 電壓0VNa 2 C O 3 電壓0V 1 0 1 2 3 02468 時間 h r 高度差 0 2 5 M 0 5 M 0 7 5 M 1 M Na 2 C O 3 電壓1 0VNa 2 C O 3