Osmose
L’osmose apparaît lorsque deux solutions sont séparées par une membrane qui laisse passer le solvant beaucoup plus facilement que certains solutés. Le solvant se redistribue alors jusqu’à ce que les différences de potentiel chimique soient compensées.
La membrane semi-perméable crée la situation
Dans une description simple, le solvant tend à passer du côté où son activité est la plus élevée vers celui où elle est plus faible, souvent du milieu le plus dilué vers le plus concentré en soluté non perméant.
Ce n’est pas une « aspiration » mécanique du soluté : c’est un équilibre thermodynamique du solvant à travers une barrière sélective.
La pression osmotique peut équilibrer la tendance au flux
π ≈ i cRT pour une solution idéale diluée.
π est la pression qu’il faudrait appliquer pour empêcher le flux osmotique net dans ce modèle. i représente le nombre effectif de particules dissoutes par unité de soluté, c la concentration molaire, R la constante des gaz et T la température absolue.
Estimer une pression osmotique
La tonicité est une application biologique, pas un synonyme
La tonicité décrit l’effet d’une solution sur le volume d’une cellule et dépend surtout des solutés qui ne traversent pas rapidement la membrane cellulaire. Une solution peut être iso-osmotique sans être strictement isotone si certains solutés pénètrent dans la cellule.
Les mots hypotonique, isotone et hypertonique doivent donc être utilisés par rapport à une membrane et à un système biologiques précis.
Les solutions réelles s’écartent du modèle idéal
À concentration élevée, les interactions entre espèces dissoutes rendent π = icRT moins précise. Les électrolytes ne se comportent pas toujours comme un nombre entier de particules indépendantes : association ionique et non-idéalité modifient le facteur effectif.
L’osmose inverse utilise une pression supérieure à la pression osmotique pour forcer le solvant dans le sens opposé au flux spontané, principe utilisé notamment pour le dessalement.
Exercices résolus
1. Solution idéale
Estimer π pour c = 0,10 mol L⁻¹, i = 1 et T = 298 K avec R = 0,082057 L atm mol⁻¹ K⁻¹.
Solution
π = 1 × 0,10 × 0,082057 × 298 ≈ 2,45 atm.
2. Osmose inverse
Que faut-il faire pour imposer un flux de solvant opposé à l’osmose spontanée ?
Solution
Appliquer du côté concentré une pression supérieure à la pression osmotique, dans le modèle simple.
3. Température
Dans l’approximation idéale, que devient π si T augmente de 10 % à concentration constante ?
Solution
π ∝ T : elle augmente d’environ 10 %.