Qu’est-ce que la pression osmotique ?
Quand une solution et de l’eau pure sont séparées par une membrane qui laisse passer l’eau mais pas les particules dissoutes, l’eau migre vers la solution : c’est l’osmose. La pression osmotique est la pression qu’il faudrait exercer sur la solution pour arrêter ce flux. Elle dépend du nombre de particules dissoutes, pas de leur nature.
La loi de van ’t Hoff
Pour les solutions diluées, Jacobus van ’t Hoff, premier prix Nobel de chimie en 1901, a montré que la pression osmotique se comporte comme la pression d’un gaz :
π = i × C × R × T
- i : le facteur de van ’t Hoff, nombre de particules libérées par unité dissoute : 1 pour le sucre, environ 2 pour NaCl, environ 3 pour CaCl₂ ;
- C : la concentration molaire en mol/L ;
- R : la constante des gaz parfaits, 8,314 L·kPa/(mol·K) ou 0,082057 L·atm/(mol·K) ;
- T : la température absolue en kelvins.
Le calculateur donne aussi l’osmolarité, i × C, en milliosmoles par litre.
Exemple : le sérum physiologique
Le sérum physiologique à 0,9 % contient 9 g de NaCl par litre, soit 0,154 mol/L. À la température du corps, 37 °C, avec i = 2 :
| Résultat | Valeur |
|---|---|
| Pression osmotique | 7,84 atm |
| En kilopascals | 794 kPa |
| En bars | 7,94 bar |
| En mmHg | 5 957 mmHg |
| Osmolarité idéale | 308 mOsm/L, proche du plasma sanguin |
En réalité, les ions Na⁺ et Cl⁻ interagissent : le facteur effectif est d’environ 1,86 au lieu de 2, et l’osmolalité mesurée du sérum physiologique est d’environ 286 mOsm/kg.
Pourquoi c’est important
- En médecine : les solutés de perfusion doivent avoir une osmolarité proche de celle du plasma, environ 275 à 295 mOsm/kg, sinon les globules rouges gonflent ou se rétractent. Le glucosé à 5 % est à environ 278 mOsm/L.
- En dessalement : pour produire de l’eau douce par osmose inverse, il faut dépasser la pression osmotique de l’eau de mer, environ 27 atm ; les usines fonctionnent entre 55 et 80 bars.
- En biologie : la pression osmotique fait entrer l’eau dans les racines et maintient la turgescence des cellules végétales.
- En chimie : mesurer la pression osmotique d’une solution diluée permet de déterminer la masse molaire de grosses molécules comme les protéines.
Conseils
- La loi est une approximation des solutions idéales : elle est surtout fiable sous 0,1 mol/L environ.
- La température doit être en kelvins ; le calculateur convertit depuis les degrés Celsius.
- L’osmolarité se rapporte au litre de solution, l’osmolalité au kilogramme d’eau. Pour les solutions aqueuses diluées, elles sont presque égales.