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La pression osmotique (Π) fait référence à la pression qui doit être appliquée à une solution pour ralentir l’osmose du solvant à travers une membrane semi-perméable à partir d’un réservoir de solvant pur. Il s’agit d’une propriété colligative des solutions qui revêt une grande importance dans différents domaines.
La pression osmotique est particulièrement pertinente dans les domaines de la biologie et de la médecine, car elle régule l’équilibre hydrique des cellules qui composent tous les êtres vivants. D’autre part, la pression osmotique est également importante dans le domaine de l’ingénierie car elle représente la pression minimale qui doit être appliquée à une solution afin de réaliser l’osmose inverse, procédé à la base du dessalement de l’eau de mer.
Dans tous ces cas, il est essentiel de pouvoir calculer la pression osmotique de différentes solutions. Pour cette raison, un problème de calcul de la pression osmotique d’une solution aqueuse complexe est présenté ci-dessous , c’est-à-dire contenant plusieurs solutés, certains ioniques et d’autres non.
D’autre part, il est également important de pouvoir déterminer la concentration nécessaire pour atteindre une certaine pression osmotique afin de pouvoir préparer des solutions hypertoniques, hypotoniques ou isotoniques selon les besoins. La solution d’un problème traitant de ce point est également présentée.
Comment la pression osmotique est-elle calculée ?
Le calcul de la pression osmotique d’une solution s’effectue à l’aide de la formule suivante :
Où Π est la pression osmotique dans les atmosphères, i est le coefficient de van’t Hoff, M est la concentration molaire du soluté, R est la constante des gaz parfaits dont la valeur est de 0,08206 atm.L/mol.K et T est la température absolue en kelvin.
Dans le cas de plusieurs solutés, la pression osmotique totale est calculée comme la somme des contributions de chaque soluté, soit :
Les valeurs des coefficients de van’t Hoff peuvent être déterminées théoriquement (approximativement) à partir du nombre de particules dans lesquelles le soluté se dissocie s’il s’agit d’un électrolyte fort, ou à partir de la résolution de l’équilibre ionique dans le cas d’électrolytes faibles .
Cependant, la valeur la plus appropriée est celle qui est déterminée au moyen d’expériences telles que la descente cryoscopique ou la remontée ebulloscopique d’une solution.
Problème 1 : Calcul de la pression osmotique d’une solution complexe
déclaration
Vous souhaitez calculer la pression osmotique, en millimètres de mercure, d’une solution préparée en dissolvant 5,00 g de glucose, 0,500 g de chlorure de sodium et 0,200 g de chlorure de calcium dans suffisamment d’eau pour obtenir 250 ml de solution à 25 °C. .
Solution
La résolution de ce type de problèmes s’effectue par les étapes suivantes :
Étape 1 : extrayez les données de la déclaration, transformez les unités et calculez les masses molaires pertinentes.
La première étape, comme dans tous les problèmes, consiste à obtenir les données de l’énoncé. Dans ce cas, on nous donne les masses de trois solutés, le volume total de la solution et la température. De plus, les solutés indiqués sont le glucose (formule C 6 H 12 O 6 ), le chlorure de sodium (NaCl) et le chlorure de calcium (CaCl 2 ).
Le tableau suivant résume les données fournies. Étant donné que les concentrations molaires seront calculées, le volume en litres est requis. Les masses molaires ont été calculées en additionnant les masses molaires de chaque atome présent dans la formule, comme il est normal.
| m glycémie = | 5.00g | MM glucose = | 180,16 g/mol |
| mNaCl = _ | 0.500g | MM NaCl = | 58,44 g/mol |
| mCaCl2 = _ | 0.200g | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| V solvant = | 250 ml x (1L/1000mL) = 0,250L | T = | 25°C + 273,15 = 298,15K |
Étape 2 : Calculez la concentration molaire de tous les solutés.
Cette solution contient 3 solutés, il faut donc calculer 3 molarités. Ceux-ci sont:
Étape 3 : Déterminez le facteur de van’t Hoff pour chaque soluté.
Comme mentionné au début, ces facteurs peuvent être déterminés expérimentalement ou théoriquement. Dans ce cas, nous le ferons théoriquement.
Glucose
Comme il s’agit d’un soluté moléculaire qui ne se dissocie pas, le facteur de van’t Hoff pour le glucose est i=1 .
Chlorure de sodium
NaCl est un soluté ionique et est également un électrolyte fort. Dans ce cas, le facteur de van’t Hoff est déterminé par le nombre total d’ions ou de particules dans lesquels le soluté se dissocie en solution. Voici la réaction de dissolution de ce soluté :
Comme on peut le voir, chaque formule de NaCl qui se dissocie produit un total de deux ions, donc pour ce soluté i=2 .
Chlorure de calcium
Comme dans le cas précédent, le chlorure de calcium est constitué d’un soluté ionique qui se dissocie complètement en solution aqueuse. La réaction de dissociation est :
Contrairement au chlorure de sodium, le chlorure de calcium produit trois ions lors de la dissociation, il a donc un facteur van’t Hoff théorique de i=3 .
Étape 4 : Utilisez la formule pour déterminer la pression osmotique.
La dernière étape consiste à déterminer la pression osmotique elle-même. Le résultat initial sera exprimé en atmosphères, nous devrons donc ensuite le transformer en mmHg, comme spécifié dans le relevé.
Répondre
La solution aura une pression osmotique de 3 740 mmHg.
Problème 2 : Calcul de la concentration à partir de la pression osmotique
déclaration
Déterminer la masse de chlorure de calcium nécessaire pour préparer 100 mL de solution avec une pression osmotique de 380 Torr à 37°C.
Solution
Ce type de problème est attaqué de la même manière que le précédent. La seule chose qui change est l’utilisation de l’équation de pression osmotique, qui doit être résolue pour obtenir l’inconnue souhaitée, en l’occurrence la concentration de soluté, au lieu d’être utilisée directement.
Étape 1 : extrayez les données de la déclaration, transformez les unités et calculez les masses molaires pertinentes.
La première étape est la même que dans le cas précédent.
| V solvant = | 100 ml x (1L/1000mL) = 0,100L | T = | 37°C + 273.15 = 310.15K |
| Π = | 380 torr. (1 atm/760 Torr) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Étape 2 : Déterminer le facteur de van’t Hoff
Comme nous l’avons vu dans le problème précédent, puisqu’il s’agit d’un électrolyte fort qui produit trois ions lorsqu’il se dissocie, le facteur de van’t Hoff du chlorure de calcium est i=3 .
Étape 3 : Effacer et calculer la concentration molaire du soluté.
Puisqu’il s’agit d’un seul soluté, la pression osmotique est donnée par :
Nous connaissons déjà les valeurs de toutes les variables sauf la concentration molaire, nous pouvons donc résoudre cette équation pour cette variable :
Étape 4 : À l’aide de la formule de molarité, isolez la masse de soluté.
La formule de la molarité ou de la concentration molaire est :
La résolution de cette équation pour la masse du soluté, msto , donne :
Répondre
0,0727 g de chlorure de calcium doit être pesé pour préparer 100 mL d’une solution ayant une pression osmotique de 380 Torr à une température de 37 °C.
Les références
- En ligneCastro, S. (2019). Formule de pression osmotique et exercices résolus . professeur10maths. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Chimie (neuvième éd.). McGraw-Hill.
- Pression osmotique. Qu’est-ce que c’est, formule et exemples. (2020). Noyau visuel. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Propriétés colligatives : Pression osmotique . Chimie sur home.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
