Osmose
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2008-05-10T09:57:16Z
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[[Image:Osmose2-fr.png|thumb|right|300px|Principe de l'osmose]]
L’'''osmose''' désigne le phénomène de [[diffusion de la matière|diffusion]] de [[molécule]]s de solvant (l'eau de façon générale) à travers une [[membrane hémiperméable|membrane semi-perméable]] qui sépare deux liquides de [[Concentration molaire|concentrations]] en soluté différentes. Le passage de solvant d'un compartiment à l'autre va créer une différence de [[pression]] ''hydrostatique'' qui va compenser exactement la différence de pression ''osmotique'' (cf. ci-après).
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 [[organisme vivant|organismes vivants]].
== Historique ==
En 1748 ou 1749, l'abbé [[Jean Antoine Nollet|Nollet]] remarque que lorsque l'on sépare de l'[[eau]] et de l'[[éthanol|alcool]] par une [[vessie]] animale, l'eau passe dans l'alcool mais jamais l'inverse. Dans ses travaux sur les solutions aqueuses menés entre [[1827]] et [[1832]], [[René Dutrochet]] propose les termes « d'endosmose » et « d'exosmose » pour désigner ce phénomène. K. Vicrordt s'intéresse également à ce phénomène en [[1848]]. En [[1854]], [[Thomas Graham (1805-1869)|Thomas Graham]] travaille sur les substances [[colloïde]]s et découvre qu'elles ne peuvent pas passer une membrane animale.
C'est M. Traube, en [[1864]], qui conçoit la première membrane artificielle en ferrocyanure de cuivre Cu<sub>2</sub>Fe(CN)<sub>6</sub>. En [[1877]], [[Wilhelm Friedrich Philipp Pfeffer]] (1845-1920) fait [[précipité|précipiter]] le [[ferrocyanure]] de [[cuivre]] dans un matériau poreux, ce qui permet d'avoir une membrane avec une bonne résistance mécanique.
En [[1884]], [[Hugo de Vries|de Vries]] travaille sur la [[plasmolyse]] et la [[turgescence]] des [[cellule (biologie)|cellules]] végétales.
En [[1886]], [[Jacobus Henricus van 't Hoff|van 't Hoff]] publie une analogie entre les solutions aqueuses et les [[gaz parfait]]s et applique la [[thermodynamique]] à l'osmose. Il établit une loi similaire à la [[loi de Gay-Lussac]] et propose l'adjectif « semiperméable » pour désigner les membranes. Il reçoit le [[prix Nobel de chimie]] en [[1901]] pour ses travaux.
En [[1899]], A. Crum Brown utilise trois phases liquides (une solution aqueuse de [[nitrate]] de [[calcium]] saturée en [[Phénol (molécule)|phénol]] en bas, couche de phénol pur au milieu et une solution d'eau saturée en phénol en haut). Il remarque un phénomène d'osmose (l'eau passe de la phase du haut vers la phase du bas), la phase liquide du milieu jouant le rôle de membrane semiperméable. Il établit ainsi l'importance de la solubilité de l'espèce diffusante dans la membrane.
Entre [[1901]] et [[1923]], H. N. Morse et J. C. W. Frazer mènent un travail systématique de mesure de la perméabilité pour différents précipités gélatineux : des ferrocyanures et des [[phosphate]]s d'[[uranyl]], de [[fer]], de [[zinc]], de [[cadmium]] et de [[manganèse]].
== Phénomène ==
On met en évidence l'osmose par le passage de [[molécule]]s ou d’[[ion]]s à travers une membrane, lorsqu’il y a deux [[Solution (chimie)|solution]]s de [[composition chimique|composition]] différente de chaque côté.
Le phénomène d'osmose nécessite la présence de deux compartiments séparés par une membrane semi-perméable, c’est-à-dire perméable uniquement à l'eau (ou au solvant de façon plus générale) et imperméable aux solutés. Lorsque les deux solutions ne contiennent pas le même nombre de particules dissoutes par unité de volume, on observe un mouvement d'eau qui va tenter de compenser cette différence de concentration en diluant le compartiment le plus concentré.
L’osmose est à l’origine de la [[turgescence]] et la [[plasmolyse]] de la cellule végétale.
==Potentiel chimique==
<!--When a solute is dissolved in a solvent, the random mixing of the two species results in an increase in the entropy of the system, which corresponds to a reduction in the chemical potential. For the case of an [[ideal solution]] the reduction in chemical potential corresponds to:
:<math>RT \ln(1 - x_2) \qquad (1)</math>
where <math>R</math> is the [[gas constant]], <math>T</math> is the temperature and <math>x_2</math> is the solute concentration in terms of [[mole fraction]]. Most real solutions approximate ''ideal'' behavior for low solute concentrations (At higher concentrations interactions between solute and solvent cause deviations from Equation 1). This reduced potential creates a driving force and it is this force which drives diffusion of water through the semipermeable membrane.-->
==Pression osmotique==
La '''pression osmotique''', se définit comme la [[pression]] minimum qu’il faut exercer pour empêcher le passage d’un solvant d’une solution moins concentrée à une solution plus concentrée au travers d’une membrane semiperméable ([[membrane hémiperméable]]). En biophysique, on distingue la '''pression oncotique''' qui est la part de la pression osmotique due aux protéines.
La pression osmotique est proportionnelle aux concentrations de soluté de part et d’autre de la membrane et de la température ; lorsque l’on est en présence de plusieurs solutés, il faut prendre en compte la totalité des solutés (à la manière d’un gaz composé, somme des [[pression partielle|pressions partielles]]).
La pression osmotique d'une [[solution idéale]] se calcule par une formule développée par [[Jacobus Henricus van't Hoff|van't Hoff]] en 1886 et appliquant le [[deuxième principe de la thermodynamique]].
:<math>\Pi \cdot V = -R \cdot T \cdot ln (1 - f_s)</math>
où
* <math>\Pi</math> est la pression osmotique, en [[pascal (unité)|Pa]] ;
* <math>V</math> est le volume molaire occupé par le solvant ;
* <math>R</math> est la [[constante des gaz parfaits]] ;
* <math>T</math> est la [[température]] absolue, en [[kelvin|K]] ;
* <math>f_s</math> est la [[fraction molaire]] du soluté.
L'équation appliquée aux solutions réelles est, quant à elle,
:<math>\Pi \cdot V = -R \cdot T \cdot ln (1 - \gamma f_s)</math>
où <math>\gamma</math> est le [[Activité chimique|coefficient d'activité]] du soluté.
Pour une solution très diluée, <math>f_s</math> est proche de 0, et <math>- ln (1 - f_s)</math> ≈ <math>f_s</math>.
On peut donc simplifier l'équation en
:<math>\Pi = \frac{f_s \cdot R \cdot T}{V} = c \cdot R \cdot T</math> : c'est la loi de [[Jacobus Henricus van 't Hoff|van't Hoff]]
où
* <math>c</math> est la [[Concentration molaire|concentration]] de la solution (en sommant toutes les espèces présentes).
On peut également l'écrire comme ceci :
:<math>\Pi = R \cdot T \cdot i \cdot M</math>
où
* <math>i</math> est le nombre de particules par entité formulaire
* <math>M</math> est la [[concentration molaire]] (moles par litre)
(On appelle <math>i \cdot M</math> la concentration molaire [[propriété colligative|colligative]])
On voit l'analogie avec le loi des [[gaz parfait]]s
:<math>p \cdot V = n \cdot R \cdot T</math>
où
* ''V'' est le volume du gaz ;
* ''n'' est le nombre de [[Mole (unité)|moles]] de gaz ;
Considérons deux solutions aqueuses 1 et 2 de pressions osmotiques <math>\Pi_1</math> et <math>\Pi_2</math>, alors si <math>\Pi_1</math> > <math>\Pi_2</math>, l’eau passe de 2 vers 1 ; 2 se concentre (<math>\Pi_2</math> augmente) et 1 se dilue (<math>\Pi_1 </math> diminue), jusqu’à égalité entre les pressions osmotiques.
==Pression osmotique et pression hydrostatique==
La pression osmotique est aussi une pression mécanique, exerçant une force sur la membrane.
Si la différence de pression osmotique est très grande, cela peut entraîner la rupture de la membrane (cas de l’[[hémolyse]]).
À l’inverse, si l’on exerce une pression mécanique ([[hydrostatique]]), on peut forcer le passage d’espèces à travers la membrane. C’est ce qui arrive lors d’un [[œdème aigu du poumon]], et c’est ce que l’on utilise dans l’[[osmose inverse]]. Ce phénomène est aussi observable sur les œufs des poissons d'aquarium qui peuvent éclater ou s'écraser selon la différence de pression osmotique de chaque côté de la membrane, la coquille.
L'[[osmose inverse]] est une technique de purification de l'eau ; c'est aussi une technique de [[dessalement]] de l'eau de mer permettant la production d'[[eau douce]].
== Annexes ==
=== Articles connexes ===
* [[Dialyse]]
* [[Diffusion de la matière|Diffusion]]
* [[Effet Gibbs-Donnan]]
* [[Électro-osmose]]
* [[Entropie]]
* [[Hypertonique]]
* [[Hypotonique]]
* [[Osmolalité]]
* [[Osmorégulation]]
* [[Osmose inverse]]
* [[Transport membranaire|Transport actif]]
=== Liens externes ===
{{Commons|Osmosis|l'osmose}}
* [http://www.biomultimedia.net/archiv/eau/images/osmose.htm Animation de l'osmose]
*[http://lsvr12.kanti-frauenfeld.ch/KOJ/Java/Osmosis.html Simulation de l’Osmose (Java Applet pour ordinateurs puissants)]
*[http://lsvr12.kanti-frauenfeld.ch/KOJ/Java/Osmosis_fast.html Simulation de l’Osmose (Java Applet pour ordinateurs moins puissants)]
=== Bibliographie ===
* S. Glasstone, ''Textbook of physical chemistry'' 2{{e}} éd. ([[1948]]), Macmillan Student Edition
== Références ==
<references/>
{{Portail|chimie|Biologie cellulaire et moléculaire|physique}}
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