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February 19, 2019 1 exposé: l'osmométrie Année universitaire:2018/2019Universit

February 19, 2019 1 exposé: l'osmométrie Année universitaire:2018/2019Université 20Aout 1955Skikda February 19, 2019 2 Sommaire: Introduction Phénomène Loi de l'osmométrie Énoncé de la loi Applications : Osmométrie, détermination de la masse molaire du soluté Conclusion 3 INTRODUCTION A LOSMOSE February 19, 2019 4 • Ce phénomène considère uniquement les échanges entre deux solutions liquides de concentrations différentes en phases liquides séparés par une paroi semi-perméable. L'osmose est un phénomène de diffusion de la matière, mis en évidence lorsque des molécules de solvant traversent une membrane semi-perméable séparant deux solutions dont les concentrations en soluté sont différentes ; le transfert global de solvant se fait alors de la solution la moins concentrée (milieu hypotonique) vers la solution la plus concentrée (milieu hypertonique) jusqu'à l'équilibre (milieux isotoniques). • Cette notion a permis de mieux comprendre le comportement des solutions aqueuses en chimie, à la fin du xixe siècle ; mais elle est aussi particulièrement utile en physiologie et en biologie cellulaire pour expliquer les échanges chimiques au sein des organismes vivants. February 19, 2019 5 phénomène: On met en évidence l'osmose par le passage de molécules ou d’ions à travers une membrane (perméable ou semi-perméable) qui sépare deux solutions de composition (ou de concentration ) différente. Il faut que la membrane soit perméable à l'eau (ou au solvant de façon plus générale) et imperméable aux solutés (membranes semi-perméable parfaite, sélective ou dyalisante). Tant que les deux solutions ne contiennent pas le même nombre de particules dissoutes par unité de volume, on observe un déplacement de l'eau (ou du solvant) du compartiment le moins concentré (appelé milieu hypotonique) vers le compartiment le plus concentré (milieu hypertonique), qui tend à équilibrer les concentrations. February 19, 2019 6 Loi de l'osmométrie: La loi de l'osmométrie, encore appelée loi de van 't Hoff ou loi de la pression osmotique, est une loi relative au phénomène de l'osmose. Jacobus Henricus van 't Hoff l'énonça en 1886 et reçut en 1901 le premier prix Nobel de chimie « en reconnaissance des services extraordinaires qu’il a rendus par la découverte des lois de la dynamique chimique et de la pression osmotique dans les solutions ». Cette loi est l'une des lois relatives aux propriétés colligatives des solutions chimiques, avec les trois énoncées par François- Marie Raoult à partir de 1878 : la loi de l'ébulliométrie, la loi de la cryométrie et la loi de la tonométrie. Ces lois ont notamment permis d'établir des méthodes de détermination expérimentale de la masse molaire des espèces chimiques. February 19, 2019 7 Énoncé de la loi: Lorsque l'on place un solvant S pur et une solution d'un soluté sigma quelconque dans le même solvant de part et d'autre d'une membrane semi-perméable (ne laissant passer que le solvant), le solvant migre spontanément à travers la membrane du compartiment A contenant le solvant pur vers le compartiment B contenant la solution (figure 1) : ce phénomène est appelé osmose. Au bout d'un certain temps la migration du solvant cesse et un équilibre s'établit entre les deux compartiments. À l'équilibre osmotique la membrane subit une pression plus importante de la part de la solution que de la part du solvant pur ; le solvant migre donc du compartiment de plus faible pression, le compartiment A, vers celui de plus forte pression, le compartiment B. February 19, 2019 8 Figure 1 February 19, 2019 9 loi de l'osmométrie • Loi de van 't Hoff, ou loi de l'osmométrie : • avec : • Pi la pression osmotique, c'est-à-dire le surcroît de pression exercée sur la membrane par la solution du compartiment B par rapport au solvant pur du compartiment A ; • V le volume de la solution du compartiment B ; • N sigma la quantité (ou nombre de moles) de soluté en solution ; • R la constante universelle des gaz parfaits ; • T la température. • La forme de cette loi rappelle celle des gaz parfaits PV=nRT. Elle est totalement indépendante des propriétés intrinsèques du solvant et du soluté. Quelles que soient les conditions opératoires, c'est donc toujours le compartiment B contenant la solution qui exerce la pression la plus importante sur la membrane. February 19, 2019 10 Applications : Osmométrie, détermination de la masse molaire du soluté • L'osmométrie1 est une technique permettant de déterminer la masse molaire d'un soluté. • On considère deux compartiments séparés par une membrane semi- perméable (voir figure 1). Chaque compartiment est équipé d'un tube montant verticalement, les deux tubes sont en équilibre gazeux permanent. L'un des compartiments (compartiment A) est rempli de solvant pur de masse volumique rho , l'autre (compartiment B) d'une solution dans le même solvant d'un soluté à la concentration massique gamma sigma . Le remplissage des deux compartiments s'effectue de façon que les liquides se situent initialement à la même hauteur dans les tubes. Le solvant migre par osmose à travers la membrane du compartiment A vers le compartiment B. Lorsque l'équilibre osmotique est établi, la hauteur du liquide dans le tube B est plus grande que la hauteur du liquide dans le tube A. On mesure l'écart Delta h}entre les deux hauteurs. February 19, 2019 11 • La masse molaire M(sigma) du soluté, en g/mol, est obtenue selon : • Masse molaire du soluté • avec g l'accélération de la pesanteur. • Pour rappel, cette formule n'est valable que si la concentration gamma sigma de soluté est très faible. Pour étendre le domaine d'application de la loi de l'osmométrie à des solutions non idéales, la formule est étendue sous forme d'une équation du viriel : Les coefficients Bi sont appelés coefficients du viriel osmotiques. Cette expression est généralement tronquée au deuxième terme : February 19, 2019 12 • On fait alors une série de mesures de Delta h en faisant varier gamma sigma à température constante. On trace ensuite le rapport delta h/ gamma sigma en fonction de gamma sigma (voir figure 2). Le segment de droite obtenu est extrapolé à gamma sigma=0 : l'ordonnée à l'origine vaut et permet de determiner M sigma (on fera attention aux unités des diverses grandeurs). Figure 2 February 19, 2019 13 Conclusion • L'influence de la pression étant facilement mesurable, l'une des applications les plus courantes de l'osmométrie est la mesure des masses molaires des macromolécules (protéines et polymères synthétiques). uploads/Litterature/ osmometrie.pdf