Fiche de révision : Propriétés colligatives et osmose

📋 Plan du Cours

1. Abaissement cryoscopique
2. Limite de solubilisation
3. Principe de l’osmose
4. Pression osmotique
5. Tonicité et osmolarité efficace
6. Osmose inverse et dialyse
7. Applications et entraînement

📖 1. Abaissement cryoscopique

★ À maîtriser

📐 Formule — La variation de température de fusion vérifie $\Delta T_{cryo}=K_{cryo}\times\bar{\omega}_T$, où $\bar{\omega}_T$ est l’osmolalité de la solution et $K_{cryo}$ la constante cryoscopique.

📌 La loi de l’abaissement cryoscopique est valable pour les solutions idéales ou très faiblement concentrées.

Compléments

📐 Formule — La constante cryoscopique est reliée à la masse molaire du solvant par $K_{cryo}=\frac{R\,T_{fus}^{2}\,M_s}{\Delta_{fus}H\,1000}$.

• Pour l’eau, la constante cryoscopique vaut 1,86 K·kg·mol⁻¹ et la température de fusion vaut 0 °C.

💡 Astuce mémo

Soluté ajouté → température de fusion abaissée

📖 2. Limite de solubilisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Limite de solubilisation : la quantité maximale de soluté qu’il est possible de dissoudre dans un solvant

★ À maîtriser

• Pour une solution de NaCl, l’abaissement cryoscopique reste globalement proportionnel à la concentration jusqu’à environ 12–13 % de soluté dans le solvant.

Compléments

📌 Lorsque la concentration devient trop importante, les forces ioniques ne sont plus négligeables et la solution n’est plus idéale.

💡 Astuce mémo

Proportionnalité → concentration critique → solution non idéale

📖 3. Principe de l’osmose

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane hémiperméable : une membrane qui ne laisse passer que le solvant

★ À maîtriser

• Lorsqu’une membrane hémiperméable sépare deux milieux de concentrations différentes, le solvant diffuse du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré jusqu’à l’équilibre.

Compléments

• La vitesse de diffusion augmente avec la température, car l’agitation moléculaire est plus importante.

📌 Dans un tube droit sans variation de hauteur, aucune pression hydrostatique ne s’oppose au flux du solvant et la dilution se poursuit au maximum.

💡 Astuce mémo

Solvant pur ou dilué → solution la plus concentrée

📖 4. Pression osmotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression osmotique : la pression à exercer sur le compartiment contenant le soluté pour empêcher l’osmose dans une solution idéale

★ À maîtriser

📐 Formule — La différence de pression hydrostatique vérifie $\Delta P=\rho g\Delta h$ et, à l’équilibre, elle est égale à la pression osmotique $\Pi=\rho g\Delta h$.

📐 Formule — Pour une solution idéale, la pression osmotique vérifie $\Pi=\omega RT=i\,cRT=\frac{n_t}{V}RT$, avec $R=8{,}31$ en unités SI.

Compléments

📐 Formule — Pour deux solutions, la différence de pression osmotique est $\Delta\Pi=\Pi_2-\Pi_1=(\omega_2-\omega_1)RT$.

📌 La pression externe appliquée expérimentalement au compartiment le plus concentré est égale à la pression osmotique lorsqu’elle empêche le liquide de monter.

📖 5. Tonicité et osmolarité efficace

📝 Points essentiels

• La tonicité intérieure d’un humain en bonne santé, correspondant à l’osmolarité du plasma sanguin, est proche de 0,3 osmol·L⁻¹.

📌 Deux solutions isotoniques ont la même osmolarité et n’entraînent aucun flux net de solvant entre elles.

📌 Entre une solution hypotonique et une solution hypertonique, le solvant se déplace de la solution hypotonique vers la solution hypertonique.

📐 Formule — Dans le cadre biologique présenté, l’osmolarité efficace vérifie $\omega_{eff}=\omega_t-\omega_{urée}-\omega_{glucose}$ et la pression osmotique efficace vérifie $\Pi_{eff}=\omega_{eff}RT$.

💡 Astuce mémo

Isotonique : pas de flux ; hypotonique → hypertonique : flux du solvant

📖 6. Osmose inverse et dialyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression osmotique efficace : la pression osmotique calculée sans tenir compte des composés capables de traverser la membrane réelle

📝 Points essentiels

📌 Un soluté qui traverse la membrane diffuse jusqu’à être présent en quantité identique de part et d’autre et ne participe pas à la pression osmotique efficace.

• L’osmose inverse force le solvant à traverser la membrane dans le sens opposé à celui de la dilution grâce à une pression externe supérieure à la pression osmotique.

📐 Formule — La condition de l’osmose inverse est $P_{ext}>\Pi$.

• Une membrane dialysante laisse passer le solvant et les petits solutés, mais retient les macromolécules dont la taille dépasse celle de ses pores.

💡 Astuce mémo

Osmose inverse : pression imposée ; dialyse : petits solutés diffusibles

📖 7. Applications et entraînement

★ À maîtriser

• Dans l’exemple de l’eau de mer contenant 35 g·L⁻¹ de NaCl, la dissociation $NaCl\rightarrow Na^+ + Cl^-$ donne $i=2$, une osmolarité approximative de 1,2 osmol·kg⁻¹ et une pression osmotique d’environ 3 MPa, soit 30 bar, à 300 K.

Compléments

• L’osmose inverse permet notamment de rendre l’eau de mer potable et de purifier le sang dans un rein artificiel.

📌 Dans une membrane dialysante, les petites molécules comme le glucose, de masse molaire 180 g·mol⁻¹, diffusent tandis que les protéines, dont la masse molaire est de l’ordre de centaines de milliers à millions de g·mol⁻¹, sont retenues.

📊 Tableaux de synthèse

États de tonicité