Osmose : Qu’est-ce qui tire l’eau d’une concentration élevée vers une concentration faible à travers la membrane ?

Abstrait

Alors qu’il existe de nombreuses théories, on ne voit toujours pas clairement pourquoi l’osmose se produit ? Trois de ces explications ont été examinées dans cet article : la diffusion due à un gradient présumé de concentration en eau ; l’explication de l’eau liée et l’explication des particules de Van’t Hoff. Aucun de ces mécanismes ne semble en tant que tel contribuer à ce que l’osmose se produise.

Généralités

L’osmose est un mouvement sélectif du solvant d’une solution à travers une membrane semi-perméable séparant deux solutions de concentrations différentes. Le solvant se déplace d’une région de plus forte concentration vers une région de plus faible concentration. On peut également reformuler que l’osmose implique le mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable séparant deux solutions de concentrations différentes, d’une région de plus faible concentration de soluté vers une région de plus forte concentration de soluté.

La pression osmotique est la pression externe à appliquer pour arrêter le flux d’eau à travers la membrane.

La membrane perméable au solvant ne permet pas au soluté de passer à travers la membrane.

La question évidente qui se pose est de savoir comment le solvant séparé par une membrane perméable au solvant se déplace à travers la membrane d’une région de pression osmotique inférieure à une pression osmotique supérieure en surmontant la pression hydrostatique. Un mouvement du solvant d’une concentration supérieure à une concentration inférieure implique que l’eau se déplace d’une pression osmotique inférieure à une pression osmotique supérieure.

Par exemple, dans le schéma ci-dessous, les deux bras du tube en U sont séparés par une membrane semi-perméable, le bras droit contenant une solution ayant une concentration de soluté inférieure à celle du bras gauche. Initialement, le niveau est le même dans les deux bras du tube en U. L’osmose commence. Lorsque l’osmose commence, elle pousse le soluté du bras droit vers le bras gauche et fait remonter la solution même si la membrane est perméable au solvant jusqu’à ce que la pression osmotique dans le bras droit soit égale à la pression hydrostatique exercée par le bras gauche.

Questions:

Qu’est-ce qui pousse le solvant dans le bras gauche lorsqu’il y a une membrane perméable au solvant entre deux bras du tube en U ?

La pression osmotique et la pression hydrostatique s’additionnent-elles ? Ou bien, il s’agit simplement d’un effet de la densité dans le bras droit du tube en U. Lorsque l’osmose commence, la concentration de soluté sur le bras droit se concentre, sa densité augmente et simultanément la pression dans le bras droit augmente ce qui pousse le solvant dans le bras gauche.

Bien qu’il existe de nombreuses théories, on ne voit toujours pas clairement pourquoi l’osmose se produit ?

Voici quelques-unes des théories.

Concentration de l’eau

L’explication très simple de l’osmose est celle de la concentration de l’eau – l’eau dans l’eau pure est simplement plus concentrée que l’eau dans les solutions parce que le soluté doit prendre de la place dans la solution. La dilution de l’eau par le soluté entraîne une concentration plus faible de l’eau du côté de la membrane où la concentration de soluté est plus élevée et donc une diffusion de l’eau le long du gradient de concentration élevé à faible se produit. . Si cela est vrai, alors la concentration de l’eau devrait pouvoir prédire la direction de l’osmose lorsque différents solutés sont utilisés. Par exemple, une solution de saccharose de 0,2 mol a une concentration d’eau de 937 g/L et une solution de NaCl de 0,2 mol a une concentration d’eau beaucoup plus élevée – 989 g/L. La solution de saccharose devrait gagner de l’eau à partir de la solution de NaCl. La solution de saccharose devrait gagner de l’eau de la solution de NaCl si les deux étaient séparées par une membrane semi-perméable. Le nombre de molécules de NaCl et de saccharose ne devrait pas avoir d’importance – seule la concentration en eau devrait compter.

Mais le fait est qu’une concentration molale typique de saccharose avec une concentration en eau plus faible que les mêmes concentrations de NaCl, parce que le saccharose est une molécule beaucoup plus grande que le NaCl déplace plus d’eau. Par conséquent, le gradient de concentration en eau ne semble pas être important.

Cette explication est donc intenable.

L’explication de l’eau liée

Elle dit que tout soluté hydrophile (comme le saccharose ou le NaCl) va se lier à l’eau hydratée et l’empêcher de se déplacer librement. Par conséquent, le côté d’une membrane semi-perméable avec de l’eau pure a une concentration d’eau « libre » plus élevée que le côté avec les molécules de soluté.

Si l’explication de l’eau liée était vraie, nous nous attendrions à ce qu’une plus grande masse de soluté hydrophile lie plus d’eau. Aussi, lors de la prédiction de l’osmose, nous devrions soigneusement prendre en compte le degré d’hydrophilie du soluté (c’est-à-dire le nombre de molécules d’eau qu’il lie par molécule).

La position réelle est que le nombre de molécules de soluté présentes a un effet dominant sur l’osmose, et non l’hydrophilie du soluté.

Donc, cette explication est écartée.

L’explication du nombre de particules

Cette explication est basée sur la loi de Van’t Hoff. Selon cette loi pour une solution diluée à température constante, le potentiel osmotique est proportionnel à la concentration des particules de soluté. La taille ou la nature des particules de soluté n’a pas d’importance. Ainsi, par exemple, un petit ion sodium aurait le même effet osmotique qu’une grosse molécule de saccharose, et tous deux seraient équivalents à une très grosse molécule d’amidon. Cela signifie également que les substances ionisantes comme le NaCl devraient avoir un effet osmotique plus important que les substances non ionisantes comme le saccharose, car lorsqu’elles s’ionisent, elles génèrent davantage de particules. La loi de Van’t Hoff explique dans une certaine mesure l’osmose mieux que les deux explications précédentes, mais le fait est que la loi de Van’t Hoff est une relation empirique, et non une description physique de la raison pour laquelle l’osmose se produit.

L’expression la plus connue de la pression osmotique est la suivante : Π = iMRT où Π est la pression osmotique en atm i = facteur de Van ‘t Hoff du soluté M = concentration molaire en mol/L R = constante universelle des gaz = 0,08206 L-atm/mol-K T = température absolue en K La pression osmotique dépend du facteur de Van ‘t Hoff concentration molaire du soluté. Le facteur de Van’t Hoff, exprime le degré d’association ou de dissociation des solutés en solution, c’est le nombre de particules qu’un soluté dissocie dans l’eau. Exemple : pour le saccharose, il est de 1 et pour le NaCl, il est de 2

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