Pression osmotique

La pression osmotique est comparable àla pression des gaz ; jusqu'à un certain point, elle en suit les lois. Son origine ou sa cause est, en effet, comme pour les gaz, dans le jeu de forces moléculaires qui tendent à écarter les éléments des

corps, en luttant contre les obstacles opposés à cet écartemeni. Seulement le corps dont les molécules s'écartent ainsi n'est pas un gaz, mais une substance en solution dans une autre qui lui sert de milieu ; quant à la pression dite osmotique, elle n'apparait que dans des conditions particulières qu'il faut préciser.

I. Membranes perméables. — Soit une dissolution ordinaire de sucre. Le solvant est Teau (et en biologie c'est même le seul dissolvant dont on ait à s'occuper) ; le corps dissous est le saccharose.

Rempli de cette solution, un vase à paroi imperméable n'éprouve d'autre pression de sa part que la pression dite hydrostatique. Si maintenant la paroi du vase est perméable, et que ce vase lui-même soit plongé dans l'eau, il se fera à travers sa paroi des échanges entre les liquides intérieur et extérieur. C'est Vosmoscy telle que l'avait d'abord observée Dutrociiet, phénomène complexe, dans lequel les courants se font en deux sens contraires, bien qu'inégaux. Ce n'est pas l'osmose telle qu'on l'entend communément depuis les travaux de Pfeffer et surtout de Van t'HoFF, phénomène beaucoup plus simple, mais qui, nous le répétons, est soumis à des conditions spéciales.

II. Membranes hémiperméables. — Pour observer et mesurer la pression osmotique, il ne suffit pas que la paroi du vase soit perméable, il faut qu'elle soit hémipermcable ; c'est-à-dire, il faut que ses pores soient d'une grandeur telle que les molécules du corps dissous (plus grosses) soient arrêtées par eux, tandis que les molécules du dissolvant (plus ténues) les traversent librement. Dans ces conditions l'agitation moléculaire, qui règne dans la solution, se traduit par une pénétration d'eau de l'extérieur à l'intérieur du vase, tandis que les molécules du corps dissous, arrêtées par la membrane, exercent sur elle uiîe pression qui va croissant jusqu'à ce que la pénétration d'eau en soit arrêtée.

Forces moléculaires. — Le jeu des forces intérieures qui interviennent dans ce phénomène est assez compliqué. Entre les molécules de tout corps existent des forces : les unes attractives, les autres répulsives, réglées par la distance, de telle façon que les premières l'emportent, quand celle-ci est assez faible (solides, liquides), et au contraire les secondes sont prédominantes quand la distance dépasse certaines limites (gaz ou vapeurs). Dans une solutionnes molécules du corps dissous étant écartées les unes des autres par celles du solvant, elles se repoussent comme celles des gaz. — D'autre part, l'atti-action entre les molécules hétérogènes (du solvant et du corps dissous) est plus forte qu'entre, les molécules homogènes (du corps dissous ou du solvant). Cette force attractive entre le solvant et le corps dissous ne peut pas, dans les conditions de l'hémi perméabilité, déplacer ce dernier dont les molécules sont arrêtées par la paroi ; mais comme cette attraction est réciproque, elle déplace le solvant en le faisant pénétrer dans le vase intérieur. 11 en résulte une pression qui va croissant, jusqu'à ce qu'elle s'équilibre avec cette force, dont elle mesure alors l'intensité. C'est. cette pression % qui est la pression osmotique.

Conditions d'équilibre. — La différence de pression apparente qui s'étatablit entre les deux surfaces de la membrane de Pfeffer semble paradoxale, parce qu'involontairement l'esprit se reporte à ce qui se passe dans les vases librement communicants. Dans de tels vases l'équilibre est réalisé quand les sommes des pressions des liquides sont égales des deux côtés de l'orifice plus ou moins résistant, qui fait la communication. Dans le cas d'une membrane hémiperméable, l'équilibre est réalisé, quand l'eau (c'est-à-dire le liquide traversant les pores) a la même pression des deux côtés.

Considérons en tffet J'élat des pressions : l^ tout à fait au début de l'expérience et 2® à sa Qn, et ceJa à l'extérieur et à l'intérieur du vase hémiperméable.

i"^ Au début : a. .4 rextéineur, la pression du liquide (eau pure) est représentée par la pression barométrique, augmentée de la tension superficielle (qu'on peut à la rigueur laisser de côté) ; b. A rintvrieur, la pression du liquide (solution de sucre dans l'eau) est représentée de même par la pression barométrique (augmentée de la tension superficielle). Seulement cette pression est une somme de deux pressions, à savoir celle de la substance en solution (le sucre) et celle de l'eau ; donc cette dernière au début de l'expérience est moindre à l'intérieur du vase qu'à l'extérieur.

2° A la fin : a. A VeMérlenVj la pression du liquide (eau pure) n*a pas varié; 6. à l'intérieur ^ la pression de l'eau est devenue égale à celle de l'eau extérieure. L'eau, ayant libre passage, a fait comme dans les vases communiquants, elle a égalisé sa pression dans les deux compartiments. Une suppression en est résultée, qui est celle même de la substance dissoute, la pression osmotique.

Énergie intrinsèque des molécules. — Ce qui contribue encore à obscurcir les idées sur ce point, c'est qu'on considère généralement les liquides, en raison de leur relative incompressibilité,' comme ne représentant que des pressions uniquement passives, tandis qu'au contraire leurs molécules sont douées de mouvements (déplacement réciproque, translation, rotation) ; elles possèdent une force vive, une énergie, celle-ci même assez considérable. La résistance que les liquides opposent aux pressions extérieures est donc due, comme pour les gaz, aux chocs des molécules contre les parois des récipients, avec cette différence que dans les gaz ces molécules se laissent rapprocher, tandis que dans les liquides leurs distances changent très peu. C'est cette énergie intrinsèque d'un corps dissous dans un autre que le vase de Pfeffer met en évidence, alors qu'elle n'apparaît pas dans les vases communicants.

Pression totale et pression partielle. — Dans un liquide qui supporte une pression extérieure (tout comme dans un gaz), chaque molécule a sa part proportionnelle* dans le travail résistant, qui lutte contre cette pression; c'est une conséquence du principe de l'égalité entre l'action et la réaction. Quand le liquide est un corps formé de molécules hétérogènes, comme une solution de sucre ou de sel marin dans l'eau, il y a donc une part à faire au travail résistant des molécules de l'eau et à celui des molécules de sucre ou de sel ; en d'autres mots, la pression intérieure totale, qui équilibre la pression extérieure, est une somme des pres.sions partielles appartenant aux molécules du corps dissous : absolument comme la pression atmosphérique est la somme des pressions partielles de l'azote et de l'oxygène, ces deux gaz étant dissous l'un dans l'autre.

Ceci dit, revenons à la pression osmotique ou pression partielle du corps dissous.

Loi de Van t'HoFF. — La pression osmotique d'une dissolution à la même valeur que la pression qu'exercerait la substance dissoute, si, à la température de r expérience, elle était gazeuse et occupait un volume égal à celui de la dissolution. — Le dissolvant n'est qu'un espace libre offert aux molécules dissoutes. Inversement, un gaz n'est qu'une dissolution de molécules dans le vide, c'est-à-dire dans l'éther.

Lois de la pression osmotique. — Considérant désormais exclusivement

le corps dissous avec ses molécules éparses dans le solvant, nous voyons qall suit étroitement les lois des gaz.

4" Loi. A température constante^ la pression osmotique exercée par une substance (Imoute estf en raison inverse du volume liquide, c'est -à-dire en raison inverse de récartement des molécules du corps dissous dans le solvant.

it V = «* V» = constante.

Pour les gaz on a :

~ = — : pV = p* V* a= constante.

2'' Loi. — A volume comtant de la dissolution, la pression osmotique croit avec la température. Le coefficient de dilution à pression constante est 0,00367, c'està-dire le même que le coefficient de dilatation des gaz à pression constante.

nt = iTo ^I + ^) = iro (I + 0,003670.

Pour les gaz on a :

pi = '^o (1+ ^) = Po (I + 0,00367/).

3« Loi. — La pression osmotique ne dépend que du nombre des molécules dissoutes dans un même espace; elle est indépendante de la nature du dissolvant et de ceiiedti corps dissous.

Exceptions apparentes. — En fait, cependant, pour certains corps, la pression osmotique mesurée directement ou indirectement est plus grande que celle calculée; ou, si on aime mieux, elle indique un nombre de molécules supérieur à celui qu'on y a introduit. Mais il y a tout lieu de considérer ces exceptions comme apparentes, si Ton admet avec Arrhemus que les corps qui se conduisent ainsi ont été dissociés, c'est-à-dire scindés en molécules nouvelles, parlant plus nombreuses.

Molécules ; monades ; tagmas ; ions. — Les diverses sciences se servent parfois des mêmes mots sans leur donner exactement le même sens. La molécule des chimistes est celle qui correspond en général au poids moléculaire des corps gazeux. La molécule des physiciens n'est pas nécessairement cela. — Les molécules des liquides sont parfois formées par la gémination de molécules chimiques (tagmas complexes) ; d autrefois dans les dissolutions, elles sont partiellement dissociées par Teau enleurs2on,s', c'est-à-dire en leurs éléments électropositifs, et électronégatifs, qui occupent alors individuellement la place des molécules d'où ils procèdent. La monade serait l'élément physique ]actif de la dissolution (molécule, tagma ou ion).

Solutions équimoiéculaires. — Ces réserves faites et ces explications données, la pression osmotique ne change pas quand, dans une solution, on remplace un certain nombre de molécules par un nombre égal de molécules d'un autre corps, soluble dans le même véhicule. Dtux solutions de corps différents ont la même pression osmotique, quand elles n nferment le même nombre de molécules, homogènes ou hétérogènes; elles sont dites équimoiéculaires. Rappelons, à ce propos, la loi d'AvoGADRO et d'ÂMPRRE sur les gaz: A température et pression égales,

les volumes égaux de gaz différents renfermeni le même nombre de molécules. Solutions isosmotiqaes^ isotoniqaea. — Si deux solutions équi moléculaires sont placées l'une à l'intérieur et Tautre à Textérieur d'une cellule hémiperméable de Pfeffer, la pression reste la même des deux côtés de la paroi, comme dans les vases communicants; ces solutions sont Uotonigues ou isosmotiqties. Goncentratioii, dilation. — La concentration d'une solution (ou inversement sa dilution) est donnée par le nombre des molécules contenues dans la dissolution, et non par le poids du corps, qui peut varier pour des solutions de corps différents ayant même concentration.

Si deux solutions de concentration àifîérenies {anisotoniques) sont séparées par une membrane hémiperméable, la plus concentrée se dilue et l'autre se concentre, jusqu'à ce qu'elles aient la même concentration, la même pression osmotique, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pression partielle de l'eau et du corps dissous soit la môme des deux côtés. La plus concentrée est dite hypertonique ou hyperosmotiqucy l'autre hypoionique^ hyposmotique.

Expressions équivalentes. — La pression osmotique croit et décroît comme la concentration moléculaire; chacun des deux phénomènes peut servir de mesure à l'autre : pour cette raison, les deux expressions sont souvent prise Tune pour l'autre; la première surtout pour la seconde.

Mesure du phéoomène. — La pression osmotique peut être mesurée directement au moyen du vase cellule de Pfcffer ; mais le plus souvent elle est mesurée indirectement par la méthode dite cryoscopique de Raoult.