II. — Osmose à travers une membrane hemi-perméable

\ . Définition. — On donne le nom de membranes hemi-perméables à celles qui laissent passer librement l'eau, mais arrêtent tous les corps dissous. Supposons une de ces membranes, placée entre deux biefs d'inégale hauteur. Elle perpermetlra le déversement-du dissolvant du plus élevé dans le plus bas jusqu'à égalisation des niveaux comme le ferait un tuyau de communication plus ou moins étroit, mais elle arrêtera toutes les autres substances.

Traube, puis Pfeffer ont indiqué un procédé permettant d'obtenir des membranes hemi-perméables artificielles. Il suffit de remplir un vase poreux de pile

avec une solution de SO*Cu. Le liquide est ensuite remplacé par une solution de ferrocyanure de potassium. 11 se forme dans les pores de la paroi un précipité gélatineux hemi-perméable de ferrocyanure de cuivre.

L'hémi-perniéabilité n'est pas une propriété absolue. Une membrane peut ne pas laisser passer certaines molécules et peut en laisser passer d autres. Les sels, en général, ne passent pas, les gaz, Teau passent. Ostwald a constaté dans ses recherches sur Télectrolyse que certaines membranes imperméables à certains ions en laissent passer d'autres. Le phénomène parait être sous la dépendance de la grosseur des molécules. Telle molécule passera alors que telle autre plus volumineuse sera arrêtée.

2. Pression osmotique. — Si Ton fait usage d'une membrane hemi-perméable pour séparer une solution de sucre d'avec de l'eau pure, l'eau afflue dans la solution sucrée, mais pas une parcelle de sucre ne sort du vase qui a reçu cette substance. Les niveaux liquides varient, puis on observe eîlsuite un état d'équilibre. A ce moment la force osmotique qui tend à faire pénétrer l'eau est équilibrée par le poids de la colonne soulevée : le poids de cette colonne est une mesure de la pression osmotique. Si la solution sucrée est contenue dans un vase hermétiquement bouché efr muni d'un manomètre Hg (iig. i 38), on constate que la colonne de mercure devient stationnaire à un niveau plus élevé qu'au début de l'expérience. La solution sucrée est donc soumise à une certaine pression :: mesurée par la dénivellation du mercure. 11 représente la pression osmotique de la solution considérée et exprime la pression normalement exercée de dedans en dehors par la solution sur les parois du vase. La pression osmotique t: est due aux molécules du corps dissous. Ces molécules tendent à se répandre dans un plus grand volume de liquide. La paroi les en empêche. Elles pressent sur cette paroi avec une force qui est la pression osmotique ?c.

Pour une solution de sucre à 1 p. 100, la pression osmotique est de 53*", 5 Hg; pour une solution d'azotate de potasse à i p. 100 la pression osmotique est supérieure à 3 atmosphères.

Deux solutions qui 07it la même pression osmotique sont dites isosmotiques isotoniques. Deux solutions qui ont des pressions osmotiqties différentes sont dite Ctnisosmotiqaes, anisotoniqaes. Celle qui a la plus forte pression osmotique est hyperisotoniqne par r<{pport à Vautre guiesthypoisotonique. (Hamburger.) 3. liois expérimentales de la pression osmotique. — a) A température constante la force osmotique est proportionnelle à la concentration (Pfeffer). Exemple :

Sucre à 1 p. 100 : 7ï = 53cni,5 Hg.

— à 2 pWOO : 7c = 101«™,6

b) Lap-ession osmotique augmente avec la température. Exemple :

Solution de sucre à 1 p. 100, à 32o : itj, = 54,4Hg; k H» : ir^ a 51,0. wt—Tc^ {1+0,003670

Fig. 138. — Osmose à travers une membranr hemi-perméable.

M.sp, membrane hemiperméable; ft. réservoir; H. g, manomètre à mercure.

c) Des solutions de corps différents qui ont la même pression osmotique ont des conaentrations proportionnelles aux poids moléculaires des corps dissous. Celte loi peut encore être ainsi exprimée : des solutions de corps différents qui ont la même prèssioniZy contiennent le même nombre de molécules ; ou encore : des solutions renfermant le même nombre de molécules ont la même pression osmotique tz.

La nature des molécules importe peu; d*où la conséquence suivante: soit deux solutions ; la première contient N molécules d'un corps Â, la deuxième renferme n molécules A+n* molécules d'un corps B+n'' molécules d'un corps C, la somme totale des molécules étant n H- n' + n"= N. Ces deux solutions, si différentes au point de vue chimique, auront cependant la même tension osmotique (1).

4. Application au cas d'ane membrane hémi-perméable. — Quand deux solutions sont séparées par une membrane hémi-perméable, les corps dissous restent du même côté de la membrane. Si les liqueurs sont isotoniques, c'est-àdire renferment le même nombre de molécules, elles restent isotoniques. Si les liqueurs ne sont pas isotoniques, un courant du dissolvant s'établit qui va de la solution renfermant le moins grand nombre de molécules dissoutes à la solution qui en contient le plus. Le courant cesse et tout reste en état quand les deux liqueurs sont isososmotiques.

5. Application au cas d'une membrane perméable. — L'osmose n'est en somme qu'un phénomène de diffusion gêné par la présence d'une membrane. Le phénomène s'arrête quand les deux liquides séparés sont homogènes. Ils sont dans ce cas nécessairement isotoniques. Toutefois si deux liquides identiques, de même composition, homogènes, sont isotoniques, la réciproque n'est pas vraie. Deux liquides isotoniques ne sont pas nécessairement homogènes. Liorsque deux solutions sont homogènes elles auront non seulement la même tension osmotique, mais, déplus, dans chacune des solutions, les tensions osmotiques partielles de chaque substance seront égales.

Ces remarques permettent de comprendre les lois suivantes qui régiraient les membranes perméables (d'après Botta2zi).

io Quand deux solutions aqueuses ayant même tension osmotique sont séparées par une membrane qui permette la diffusion, il n'y a pas de modification dans le volume des liquides. Il y aura néanmoins modification dans la constitution des solutions.

(1) Certains corps (les sels) paraissent faire exception à cette loi et donnent expérimentalement une pression osmotique supérieure à celle que la théode indique. Ces exceptions ne sont peut-être qu'apparentes et peuvent être ainsi interprétées en se rappelant que le nombre seul des molécules ou de ce qui en tient lieu importe. Un corps dissous au point de vue physico-chimique est diffèrent du même corps solide. La dissolution amène la dissociation plus ou moins parfaite de la molécule du corps. Cette molécule donne naissance à d'autres molécules plus simples que l'on nomme ions.

Une molécule solide se dissolvant se dissociera en 2, 3 ions qui existeront dans la

liqueur. La quantité des molécules dissociées en ions dépendra de la dilution. A partir d'une certaine dilution toutes les molécules se seront dissociées, transformées en ions. Pour une dilution moins grande un certain nombre de molécules ne sera pas dissocié, si bien qu'on aura en dissolution des ions et des molécules non altérées.

Dans les phénomènes de pression osmotique les ions ont un rôle analogue aux mo lécules. Quand on prend N molécules d^un corps solide et qu'on le dissout dans H^O par exemple, il existe en dissolution N' molécules intactes ~f- (N — N') molécules dissociées en ions. Si chaquemolécule donne a ions le nombre des ions sera : a (N — N'). Les particules actives dissoutes sont donc N' + a (N — N') et non pas seulement N que Ton a introduites. La pression osmotique trouvée n' sera donc supérieure à n que Ton aurait dû avoir d'après le nombre N introduit.

MoRAT et DoYox. — Physiologie. IV. — 28

2» Si deux solutions ont une tension osmotique différente il y a une modification dans les volumes des liquides. 11 passe de Teau de la partie où la tension est la plus faible vers la partie où elle est la plus forte jusqu'à ce que les tensions deviennent égales.

3<^ Si les solutions ont la même tension osmotique totale, mais que dans les deux solutions chacune des substances ait des pressions osmotiques différentes, il n'y aura pas de changements dans les volumes des deux liquides, mais chacune de ces substances passe de Tendroit où sa tension est la plus forte vers le côté où cette tension partielle est la plus faible jusqu'à ce que ces tensions partielles deviennent égales. Â ce moment les deux liquides ont leur volume initial, la même pression osmotique totale, mais, de plus, ils ont la même pression osmotique partielle. Us sont, en somme, devenus homogènes.

Ces lois sont surtout théoriques ; il ne faudrait pas les appliquer à tous les cas. 11 n'est pas légitime de raisonner sur les membranes perméables de l'organisme en se servant de ces trois principes.

6. Assimilation de la pression osmotiqae à la pression gasease. Hypothèse de Van T* Hoff. — Van T'Hoff a fait remarquer l'analogie des lois de la pression osmotique avec celles des gaz. 11 en conclut que les molécules (ou ions) d'un corps dissous sont assimilables aux molécules d'un gaz ; les molécules gazeuses pouvant être considérées comme dissoutes dans un certain solvant particulier, l'éther des physiciens. De même que les molécules d'un gaz tendent à occuper le volume qui leur est offert, de même les molécules d'un corps dissous tendent à se répandre dans un volume de solvant plus grand. Le solvant d'après Van T'Hoff, n'interviendrait en somme que comme un moyen de permettre l'expansion des corps dissous. Il agirait « non pas comme une substance, mais comme un espace propre à l'expansion de la substance dissoute (Dastre) » (1).

7. Rapports de la pression osmotiqae avec d'autres phénomènes moléculaires. — La pression osmotique peut se mesurer directement, mais,' en général, on la déduit de propriétés connexes, fonctions comme elle du nombre des molécules placées en solution.

a) Relation entre le point d'ébullition et le nombre des molécules. — Un liquide volatil de point d'ébullition connu étant donné, si dans ce liquide on dissout une certaine quantité d'un corps non volatil, le point d'ébullition est élevé. Il existe une certaine relation entre l'élévation du point d'ébullition et le nombre de molécules dissoutes dans ce liquide. Des solutions faites avec des corps non volatils différents, et avec le môme liquide comme solvant, ont le même point d'ébullition et par suite la même tension de vapeur dans les mêmes conditions, si ces liquides renferment même nombre de molécules.

b) Relation du point de congélation des solutions avec le nombre des molécules dissoutes, — Une dissolution a un point de congélation moins élevé que celui

(1) Les molécules des corps sont soiuuiees à des forces opposées, les unes attractives, les autres re'pulsives, dont Tintensité varie avec la distance de ces molécules, mais inégalement pour les premières et les secondes. A une certaine dislance déterminée ces forces se contre-balanceront ; pour des distances moindres les forces attractives prendront l'avantage; pour des distances plus grandes les forces répulsives remporteront indéfiniment. C'est le cas des gaz et des vapeurs. Toute condition qui tend à écarter les molécules d'un corps augmente l'action des forces répulsives : ainsi agit la chaleur. L'interposition des molécules du solvant entre les molécules du corps dissous est un des moyens par lesquels on peut donner l'avantage aux forces répulsives en écartant les molécules du corps dissous, qui est alors assimilable à un gaz et suit les lois des corps gazeux.

du corps dissolvant (Blagden, 1788). Soit, par exemple, un liquide qui se solidifie à T. Faisons une dissolution d'un certain corps dans ce liquide. Le point de congélation serat<T. L'abaissement du point de congélation sera T — t=:A

Raoult a constaté une relation entre rabaissement A du point de congélation et le nombre de molécules qui se trouvent dans la solution. Il a vu que :

i. Des dissolutions équimoléculaires faites avec le même solvant ont le même point de congélation.

n2. Pour des dissolutions d'un même corps et de concentration différente, l'abaissement A est proportionnel au nombre de molécules contenus dans la solution :

K = constante pour chaque dissolvant; N = nombre de molécules; g^^ poids de dissolvant renfermant les N molécules.

(Certains corps font exception (sels, acides forts, bases) et donnent A supérieur au A calculé. Le fait s'explique par T hypothèse de la dissociation des molécules en ions).

L'étude de la congélation des solutions (cryoscopie) permet de résoudre un certain nombre de problèmes :

a) Connaissant l'abaissement A de congélation d'un liquide dans lequel on a/fait dissoudre un poids p de substance, on peut calculer le poids moléculaire m de la substance au moyen de la formule :

A =5 K - dans laquelle N = ~ • g m

En remplaçant N par cette valeur, il vient :

A=KAd'oùm = *^.

mg gA

b) Si l'on connaît le poids moléculaire d'une substance dissoute, la cryoscopie, permettra de déterminer le nombre de molécules contenues dans la dissolution.

c) Une solution est donnée, et son point de congélation connu. Plus tard on fait une nouvelle détermination ; le point de congélation aura baissé si le nombre des molécules dissoutes a augmenté soit par dissociation, hydratation ou tooi autre mode. La cryoscopie fait connaître la variation du nombre des molécules.

Gonclusionfl. — Des dissolutions faites avec le même dissolvant et qui renferment le même nombre de molécules ont la même pression osmotique, le même point d'ébullilion (c'est-à-dire la môme tension de vapeur), le même point de congélation (c'est-à-dire que l'abaissement A du point de congélation est le même pour toutes). Ces - dissolutions sont isosmotiques, isotoniques.

Si deux solutions ont la même pression osmotique, c'est qu'elles renferment le même nombre de molécules, et, par suite, elles doivent avoir même tension de vapeur, même point de congélation, et vice versa.

Si deux solutions sont anisosmotiques elles ne renferment pas le même nombre de molécules, etc.

Déductions pratiques. — Pour reconnaître si deux solutions (faites avec le même solvant) sont isosmotiques, isotoniques, c'est-à-dire renferment le même nombre de molécules, on dispose de trois méthodes :

a) La tonométrie, c'est-à-dire la mesure des tensions de vapeurs. Celte méthode n'est pas générale ; elle suppose les corps dissous non volatils.

b) La cryoscopie.

c) La recherche osmotique suivant le procédé manométrique direct de Pfeffer, ou d'autres procédés indirects : plasmolyse, hématolyse.

8. fivalaatlon de la pression osmotique. — La pression osmotique peut être évaluée directement en grandeur absolue, en hauteur d'eau ou de mercure.

Pratiquement, au lieu de se servir d'une cellule osmotique artificielle suivant le procédé de Pfeffer, on utilise généralement une cellule vivante. Les indications obtenues dans ces conditions, tout en étant relatives, sont parfois suffisantes. En essayant sur une cellule une série de solutions de concentration croissante, on tiouve que la solution est isotonique lorsque commence à se produire le phénomène de la plasmolyse qui va être décrit plus loin. (Voy. p. 437.)

On peut employer un autre artifice. Hamburger a constaté que si Ton place du sang dans des solutions d'un même corps de concentrations différentes décroissantes, il en est une qui produit la première, la diffusion de la matière colorante (hématolyse). Cette solution est dite solution limite. On peut déterminer ainsi les solutions limites pour toutes les substances: ces solutions sont isotoniques.

La pression osmotique peut aussi être évaluée indirectement à l'aide des méthodes précédemment signalées (tonométrie, cryoscopie). En biologie on emploie généralement la cryoscopie. (Voir Chaîsoz, Thèse fac. méd, Lyon, i899, Considérations sur la pression osmotique) pour la critique de ces différentes méthodes.