MIS
même facteur 0,002 que pour le calcul de 0
(voir plus haut) et, en plus 1\ — température absolue de congélation du solvant, ici 273°, et p = chaleur latente de fusion du même, ici 79 calories.
On a donc :
RTS'-m 2x213^Xm pil//V" “79x18x55,55
FACTEURS PHYSIQUES
m étant exprimé en molécules-grammes par litre, A se trouve exprimé en degrés.
On pourrait être frappé de la simplicité de la relation entre 9 = 0,0185 et A=zzl,85, qui ne diffèrent que par la position de la virgule. Mais d’abord, si l’on prend les nombres rigoureux, le rapport n’est pas exactement J 00. En outre, c’est pur hasard s’il en est ainsi, ce rapport étant donné
Rn
par l’expression — ^ . Il n’y a donc pas à chercher les raisons profondes de la simplicité du rapport
A 1=11009. multiplicateur 100 nous paraît
simple, c’est par suite du système décimal, système conventionnel qui n’a rien de commun avec les lois de la physique.
40 Pression osmotique. Osmose. — Cette attraction entre l’eau et les molécules dissoutes s’est traduite jusqu’ici par une rétention de l’eau. Elle va maintenant se manifester par un déplacement de l’eau libre du voisinage vers la solution. Si mince que soit une cloison imperméable, elle ne laisse pas cette attraction se manifester. Il faut pour cela le contact : si le contact entre la solution et l’eau pure est immédiat, il y a un mélange pSiT diffusion ; s’il a lieu par l’intermédiaire d’une membrane poreuse, qui se laisse mouiller, l’eau traverse la membrane et est capable de vaincre une certaine résistance pour pénétrer dans la solution. Cette membrane peut être d’origine organique (vessie, intestin, parchemin) ou inorganique (précipité de ferrocyanure de cuivre dans les
mailles d’un vase de terre poreuse). Deux vases contenant run de l’eau pure, l’autre la solution, séparées par une membrane poreuse constituent un osmomètre. Dans l’osmomètre, le niveau monte dans le vase contenant la solution, et la différence de niveau représente la résistance vaincue par la force osmotique.
Mais cette différence de niveau ne mesure pas la valeur initiale de la force osmotique, car la solution, en absorbant de l’eau, se dilue, et nous verrons que la force osmotique diminue avec la concentration.
Pour mesurer la force osmotique, on peut presser avec un piston ou d’autre manière, sur la surface libre de la solution. On voit alors que, quand on comprime, de l’eau repasse de la solution dans le vase à eau pure, et quand on décomprime, de l’eau pure repasse dans la solution. A chaque instant la charge du piston mesure la force osmotique ' de la solution au degré de concentration où elle est à ce moment. Pour avoir la force osmotique initiale de la solution, il faut faire ressortir toute l’eau qui y était entrée. La force osmotique faisant équilibre à une pression vraie peut être considérée elle-même comme une pression, de sens contraire, d’où le nom qui lui a été donné de pression osjnotique^ que l’on figure par le symbole
Les lois régissant la valeur - sont parallèles à celles de 9, de 0 et de A. tt est proportionnel, pour une même substance, à la concentration en poids c de la solution ; quelle que soit la substance, il est
FACTEURS PHYSIQUES
proportionnel à la concentration moléculaire ; il est, enfin, proportionnel à la température absolue r, = 273 + t.
Corollaire : A même température, toutes les solutions équimoléculaires ont le même tt et sont dites isoton ic/ues ; les plus concentrées sont dites hypertoniques par rapport aux moins concentrées, dites hypotoniques. Ces termes n’ont jamais qu’une valeur comparative. Dans l’osmomètre, une solution hypotonique cède de l’eau à une hypertonique jusqu’à ce que les deux solutions soient isotoniques.
La pression osmotique n’a pas une valeur faible. Elle n’est pas de quelques grammes comme 6 et A étaient de quelques dixièmes de degré. Elle est considérable : pour la solution normale, elle dépasse 22 atnlosphères (22,35 à 0°) et serait par conséquent capable de soutenir une colonne d’eau de 230 mètres !
Van t’Hoff a remarqué qu’elle est précisément égale à la pression de vapeur du corps dissous. Si l’on réduit en vapeur une molécule d’alcool, cette vapeur occupe, à la pression ordinaire, litres 22,35 et, si on pouvait, sans la condenser, la comprimer jusqu’à la réduire à 1 litre, elle acquerrait, d’après la loi de Mariette, atm. 22,35. De même pour les corps non volatils, sucre, urée. Le calcul montre que, à la pression ordinaire, une molécule fournirait litres de vapeur 22,35, qui, réduits à 1 litre, donneraient encore la même pression de atm. 22,35. D’une façon générale, quel que soit le
poids de substance dissoute dans un volume quelconque de solution, sa pression osmotique a la même valeur que la pression qu’aurait, ramenée au même volume, la vapeur produite par la vaporisation du même poids de ce corps à la même température. Les variations de pression dépendant des variations de température sont aussi les mêmes, proportionnellês dans les deux cas à T.
Van t’Holï a été conduit par cette remarque à penser que le corps dissous était dans l’eau à l’état gazeux.
Il résulte de ce qui précède, ainsi que des lois énoncées plus haut, que la formule générale de la pression osmotique est identique à celle qui régit-
la pression P des gaz. On a : 71= P =
RT
où T
est la température absolue = 273 -j- /, et R est la constante déjà déterminée pour les gaz = 0,848 en kilogrammes-mètres et 0,0821 en atmosphères, et Fie volume en litres du gaz ou de la solution.
Pour donner à cette formule une forme comparable à celle des précédentes, remarquons que
^—m. En effet. Filtres est, dans la formule, le
volume contenant 1 mrolécule ; si donc V litre
contient 1 molécule, 1 litre contiendra — molécules; or m est, par définition, le nombre de molécules contenu dans un litre.
La formule devient alors :
FACTEURS PHYSIQUES
Tz étant évalué en atmosphères etm en nombre de molécules contenues dans un litre de solution. On remarquera que, dans les conditions physiologiques les plus extrêmes, t ne varie guère que de 0 à -j- 40°. et T de 273 à 313, ce qui fait seulement 7s environ.
De même que la pression des gaz est produite par les mouvements des molécules gazeuses heurtant la paroi du récipient, de même, d’après Van t’Hofî, la pression osmotique serait produite par le mouvement des molécules de la substance dissoute.
Mouvement brownien. — L’existence de ce mouvement semble avoir sa démonstration objective dans l’existence du mouvement brownien. Les chocs des molécules étant individuellement très faibles et de direction quelconque, ne peuvent mouvoir un solide un peu gros suspendu dans le liquide, parce que le corps à mouvoir a une grande inertie et que les chocs étant extrêmement nombreux, sont presque tous . annulés par des chocs de direction opposée, en sorte que leur résultante est faible. Mais si la particule est très petite, son inertie est faible; les chocs qu’elle reçoit étant peu nombreux à chaque instant, leur résultante est, proportionnellement, moins négligeable et suffit à déplacer la particule. C’est ce qui arrive dans le mouvement brownien. Il én est de même pour les bulles gazeuses incluses dans les liquides enfermés dans des cavités microscopiques des roches d’origine éruptive et qui, depuis des cen-
taines de siècles, sont en perpétuel mouvement. D’ailleurs, ainsi qu’il était à prévoir, ces petits mouvements changent de sens à chaque instant et constituent une sorte de danse sur place qui n’éloigne que très lentement les particules de leur position initiale. La théorie qui attribuait le mouvement brownien aux variations de la température est fausse, car, s’il est vrai que l’élévation, de température augmente ce mouvement, il n’est pas vrai que ce dernier tende vers zéro quand la température tend à devenir fixe : il est plus actif pour une température élevée uniforme que pour une température basse, variable.
11 y a donc de bonnes raisons de croire que les chocs des molécules sont l’origine de t comme ils sont celle de P. Mais il y a une difficulté à concevoir la chose objectivement. La pi’ession osmotique est centripète pour la solution, tandis qu’elle devrait être centrifuge, comme celle des gaz. D’autre part, cette pression formidable de 22 atm. par molécule-gramme dissoute devrait se manifester, comme celle d’un gaz sous pression, par quelques effets extérieurs moins silencieux que ceux de l’osmose.
A cette seconde objection, on pourrait répondre que, la surface du liquide étant la limite infranchissable des molécules dissoutes, la pression fju’elles exercent ne peut se manifester au delà de cette surface, sur les parois extérieures au liquide. Mais cela est en contradiction avec l’explication ci-dessus du mouvement brownien.
FACTEURS PHYSIQUES
On a essayé de tourner la première difficulté en disant . la substance dissoute cherche à occuper le plus grand espace liquide possible, comme un gaz cherche à occuper le plus grand espace libre possible. Or, les molécules, ne pouvant franchir la membrane, n’ont d’autre moyen d’occuper un plus grand espace liquide que d’attirer du liquide du côté où elles sont confinées : d’où l’osmose. Cette conception d’une solution raisonnant sagement et, au lieu de s’épuiser en vains elforts pour pousser, tournant la difficulté en attirant, est bien peu satisfaisante. Il faudrait montrer comment, par suite de quelles conditions, la pression centrifuge - peut se manifester par un appel de molécules d’eau. Jusque-là, il est plus sage de se contenter d’une définition analytique et de dire que t: est la pression qu’il faut exercer sur la solution pour empêcher l’eau d’y pénétrer, en distinguant, comme l’a fait Van t’Hoff, la pression tc, effet de la pénétration de l’eau, de la cause inconnue de cette pénétration.
Nernst a proposé une explication suggestive du phénomène de l’osmose : les deux liquides émettent des vapeurs ayant la tension qui correspond à leur concentration ; le plus dilué émet donc plus de vapeurs que l’autre et envoie ainsi vers l’autre plus d eau qu’il n’en reçoit de lui. C’est parce que 9 est maximum pour l’eau pure que c’est toujours celle-ci qui passe vers les solutions.
Nous ne nous sommes occupés jusqu’ici que des mouvements de l’eau. Mais il n’existe pas de mem-
lü
110 PARTHÉNOGENÈSE NATURELLE ET EXPÉR HIENTALE
brane rigoureusement semi-perméable ^ : celle de ferrocyanure de cuivre elle-même laisse passer non seulement les quelques substances souvent citées (colorants acides, chlorure de fuchsine, ponceau 3B) mais un très grand nombre d’autres substances, y compris NaCl. Quant aux membranes animales, elles laissent passer plus ou moins facilement, à peu près toutes les substances. Pour déterminer tt, on s’est efforcé, et avec raison, de réaliser des membranes aussi semi-perméables que possible ; mais de telles membranes n’existent pas dans les organismes; elles seraient incompatibles avec les échanges nutritifs et sécrétoires.
Contrairement à ce que l’on croyait autrefois, les membranes n’ont aucune action sur -, qui dépend uniquement des solutions en présence. Mais elles en ont une grande, dilïérente suivant leur nature, sur la vitesse de passage des substances dissoutes.
L’influence des membranes sur les échanges osmotiques de substances autres que l’eau est mal connue ; elle mériterait d’être étudiée à fond, car elle est d’intérêt capital pour la Biologie.
Comment les membranes interviennent-elles dans les échanges des substances dissoutes? Deux théories ont été émises, celle du crible et celle de l’imbibition.
D’après la théorie du crible^ les membranes seraient percées de pores d’un certain diamètre,
1. On appelle ainsi une membrane perméable uniquement à l’eau.
FACTEURS PHYSIQUES
laisseraient passer les substances dont les molécules sont plus petites que les pores et retiendraient les autres. L’eau passe toujours parce que la molécule H^O est la plus petite (assertion confirmée, comme nous le verrons plus loin, à propos de la vitesse des ions). Cette conception simpliste peut être en partie vraie, mais elle ne suffit pas, étant en contradiction avec le fait suivant. Une membrane laisse passer les substances A, i? et C; une autre laisse passer A et i? et retient C ; on en conclut que C a des molécules plus grosses que A ou B ; mais une troisième laisse passer A ou C et retient B.
Ostwald a cherché à sauver la théorie en disant que toute membrane laisse passer une molécule quand elle laisse passer le plus gros de ses ions (voir plus loin la signification de ce terme) et retient les molécules dont un des ions est trop gros pour ses pores. Mais on trouve ici des contradictions du même genre que la précédente.
D’après la théorie de rimbibition, une membrane laisse passer les substances auxquelles elle peut s’unir par une sorte d’acte physico-chimique constituant l’imbibition. Ainsi, quand on sépare de l’eau et de l’alcool par une vessie de porc, l’eau va vers l’alcool, parce qu’elle mouille la vessie mieux que ne fait l’alcool ; quand on les sépare par une membrane de caoutchouc, l’alcool va vers l’eau parce que le premier imbibe le caoutchouc, ce que ne fait pas la seconde. De même, quand on superpose dans un vase du chloroforme, de l’eau et de
l’éther, peu à peu tout l’éther passe dans le chloroforme parce qu’étant plus soluble dans l’eau que le chloroforme, il traverse la couche d’eau plus rapidement que ne fait ce dernier i.
Résumé. — Rappelons les formules de cp, 0, A et T. et résumons leurs relations remarquables (valables seulement pour le solvant eau) :
O zrrOjOlSm, 0,52m, A = 1,85m, iz = 0,0821 Tm.
Cette égalité, à un coefficient près, tient à ce qu’il faut la même dépense d’énergie pour effectuer le même travail consistant à séparer l’eau de la solution, à vaincre l’attraction de l’eau pour les molécules, quel que soit le mode de cette séparation ; évaporation, ébullition, congélation ou osmose, sauf à tenir compte des travaux accessoires de changement d’état de l’eau, et autres; et ce sont ces travaux accessoires que mesurent les coefficients différents dans les diverses formules.
La température n’intervient que dans la formule de 71 parce que cp est indépendant de la température et que dans 0 et A, la température est celle d’ébullition ou de congélation du solvant qui, étant fixe, passe dans le coefficient numérique.
De ces formules on tire les relations :
