Calculateur de pression osmotique
Données
| Concentration molaire | 1 M |
|---|---|
| Facteur de van 't Hoff | 1 |
| Température absolue | 298,2 K |
Calculateur de pression osmotique
Calculer la pression osmotique à l'aide de l'équation de van 't Hoff Π = i·M·R·T, en fournissant la molarité, le facteur de van 't Hoff et la température.
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Comprendre la pression osmotique
Lorsque deux solutions de concentrations différentes sont séparées par une membrane semi-perméable — laissant passer l'eau mais non les solutés — l'eau migre du côté le moins concentré vers le côté le plus concentré. Ce flux net constitue l'osmose. La pression osmotique est la pression externe minimale qu'il faut exercer sur le côté le plus concentré pour arrêter ce flux. C'est une propriété colligative : elle dépend du nombre de particules dissoutes, et non de leur nature chimique.
L'équation de van 't Hoff
Pour les solutions diluées, la pression osmotique obéit à l'équation de van 't Hoff :
Π=i⋅M⋅R⋅T| Symbole | Signification | Unité courante |
|---|---|---|
| Π | Pression osmotique | atm |
| i | Facteur de van 't Hoff (particules par unité formulaire) | sans dimension |
| M | Concentration molaire du soluté | mol/L |
| R | Constante des gaz parfaits = 0,082057 | atm·L·mol⁻¹·K⁻¹ |
| T | Température absolue | K |
L'équation est structurellement identique à la loi des gaz parfaits PV = nRT, avec M remplaçant n/V.
Le facteur de van 't Hoff
Le facteur i tient compte du fait que certains solutés se fragmentent en plusieurs particules lors de la dissolution :
| Soluté | Dissociation | i idéal |
|---|---|---|
| Glucose (C₆H₁₂O₆) | Aucune | 1 |
| NaCl | Na⁺ + Cl⁻ | 2 |
| CaCl₂ | Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 3 |
| K₂SO₄ | 2 K⁺ + SO₄²⁻ | 3 |
Dans les solutions concentrées, l'appariement ionique réduit le i effectif en dessous de la valeur entière idéale. Pour la plupart des problèmes en solution diluée, on utilise la valeur idéale.
Exemple résolu
Une solution contient 0,5 mol/L de NaCl (i = 2) à 25 °C (298,15 K). Calculer la pression osmotique.
Π=i⋅M⋅R⋅T=2×0,5 mol/L×0,082057 atm\cdotpL\cdotpmol−1\cdotpK−1×298,15 K=24,47 atmCette valeur représente environ 24 fois la pression atmosphérique — rappel que même des concentrations modérées génèrent de très fortes pressions osmotiques.
Osmose et osmose inverse
Les pressions osmotiques pouvant être très élevées, elles commandent des processus importants :
- Les cellules biologiques régulent leur concentration en solutés pour maintenir l'équilibre osmotique à travers leurs membranes. Le plasma sanguin humain a une pression osmotique d'environ 7,7 atm à 37 °C.
- Le dessalement fait appel à l'osmose inverse : une pression supérieure à la pression osmotique de l'eau de mer (~27 atm) force l'eau à travers une membrane, laissant le sel de côté.
- La conservation des aliments — salage et confisage — crée une pression osmotique élevée à l'extérieur des bactéries, faisant sortir l'eau de leurs cellules et inhibant leur développement.
Solutions isotonique, hypotonique et hypertonique
Une solution est isotonique avec une cellule si sa pression osmotique est égale à celle du contenu cellulaire ; l'eau entre et sort à des taux égaux et la cellule reste inchangée. Une solution hypotonique a une pression osmotique plus faible, donc l'eau pénètre dans la cellule, qui gonfle (et peut lyser). Une solution hypertonique a une pression osmotique plus élevée, donc l'eau sort de la cellule, qui se ratatine (crénation). Le sérum physiologique intraveineux est formulé pour être isotonique avec les globules rouges, raison pour laquelle la concentration standard est de 0,9 % de NaCl.
Questions fréquentes (FAQ)
Quelle est la formule de la pression osmotique ?
La pression osmotique est donnée par l'équation de van 't Hoff Π = i·M·R·T, où i est le facteur de van 't Hoff, M est la concentration molaire en mol/L, R est la constante des gaz parfaits (0,082057 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹), et T est la température absolue en kelvin. À 25 °C (298,15 K), une solution idéale à 1 mol/L (i = 1) présente une pression osmotique d'environ 24,5 atm — soit environ 25 fois la pression atmosphérique.
Qu'est-ce que le facteur de van 't Hoff ?
Le facteur de van 't Hoff (i) comptabilise le nombre de particules dissoutes produites par unité formulaire de soluté. Les solutés moléculaires comme le glucose ou le saccharose ne se dissocient pas, donc i = 1. Les composés ioniques se séparent en ions : NaCl donne Na⁺ et Cl⁻ (i ≈ 2), et CaCl₂ donne Ca²⁺ et deux Cl⁻ (i ≈ 3). En pratique, l'appariement ionique dans les solutions concentrées fait que le i effectif est légèrement inférieur à la valeur entière idéale.
Qu'est-ce que l'osmose et comment fonctionne l'osmose inverse ?
L'osmose est le flux net de solvant à travers une membrane semi-perméable, depuis une zone de faible concentration en soluté vers une zone de concentration plus élevée. La pression minimale nécessaire pour stopper ce flux est la pression osmotique. L'osmose inverse applique une pression externe supérieure à la pression osmotique pour forcer le solvant depuis le côté concentré vers le côté dilué, éliminant ainsi les solutés dissous. L'eau de mer a une pression osmotique d'environ 27 atm, aussi les installations de dessalement par osmose inverse fonctionnent-elles au-delà de ce seuil.
Pourquoi la pression osmotique est-elle importante en biologie ?
Les cellules maintiennent un équilibre entre la concentration en solutés à l'intérieur et à l'extérieur de leurs membranes. Si la solution environnante est trop diluée (hypotonique), l'eau entre dans la cellule, qui peut gonfler et éclater. Si elle est trop concentrée (hypertonique), l'eau en sort et la cellule se ratatine. Le plasma sanguin humain présente une pression osmotique d'environ 7,7 atm à 37 °C, ce qui explique pourquoi le sérum physiologique intraveineux est formulé pour être isotonique (environ 0,9 % de NaCl, ≈ 0,154 mol/L). Des écarts provoquent les lésions cellulaires observées lors de déshydratations ou de surhydratations sévères.
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