Interprétation des échanges d’eau : osmose et dialyse
Osmose, pression osmotique et dialyse : la physique qui fait monter l’eau dans le tube… et dans la cellule.
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Interprétation des échanges d’eau : osmose et dialyse
Module I : Le monde vivantSéquence 1 : Les échanges cellulairesSéance 2 : Interprétation des échanges d’eau
💡 Idée principale : les échanges d’eau s’expliquent par l’osmose : à travers une membrane semi-perméable, l’eau passe vers la solution la plus concentrée. La force qui attire l’eau est la pression osmotique, proportionnelle à la concentration. La dialyse est, elle, le passage de petites molécules dissoutes.
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Étapes résumées
L’osmomètre montre que l’eau traverse la membrane et fait monter la solution sucrée.
La pression osmotique P = i·C·R·T augmente avec la concentration en particules.
La dialyse laisse passer les petites molécules (glucose) mais retient les grosses (amidon).
La cellule se comporte comme un osmomètre : sa membrane est semi-perméable.
Situation problème
Au marché Mokolo de Yaoundé, Aïssatou saupoudre de sel des tranches de concombre et de mangue verte. Au bout de quelques minutes, une eau abondante s’écoule dans l’assiette et les tranches deviennent molles. Son frère Brice, élève en Terminale D, affirme que « ce n’est pas le sel qui sort de l’eau, c’est l’eau qui fuit vers le sel ».
Consignes :
Relève le problème posé.
D’où vient l’eau qui s’écoule dans l’assiette ?
Propose une expérience simple qui montre que l’eau se déplace vers la solution la plus concentrée.
le problèmel’eaule sel
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Compétence visée
Expliquer les échanges d’eau entre la cellule et son milieu pour mieux conserver les aliments et utiliser correctement les solutions.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence l’osmose et la dialyse.
Calculer une pression osmotique et une concentration osmolaire.
Expliquer la turgescence et la plasmolyse par l’osmose.
Mise en évidence de l’osmose
Activité 1 : l’osmomètre de Dutrochet (TP)
Un entonnoir fermé par une membrane de cellophane contient une solution de saccharose colorée. Il est plongé dans un bécher d’eau distillée. On note le niveau du liquide dans le tube toutes les 10 minutes.
Document 1 : montage de l’osmomètre de Dutrochet.
Comment évolue le niveau du liquide dans le tube ?
Le saccharose passe-t-il dans le bécher ? Comment le vérifier ?
Ce qu’il faut comprendre : le niveau monte dans le tube : de l’eau passe du bécher vers la solution sucrée. L’eau du bécher ne devient pas sucrée : la membrane laisse passer l’eau mais retient le saccharose, elle est semi-perméable. Ce passage de l’eau du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique s’appelle l’osmose.
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1. Osmose
Passage de l’eau (solvant) à travers une membrane semi-perméable, du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré, sans dépense d’énergie.
2. Évolution de la hauteur h dans le tube
Document 2 : plus la solution est concentrée, plus la colonne monte haut.
La pression osmotique
3. Définition
La pression osmotique d’une solution est la pression qu’il faudrait exercer sur elle pour empêcher l’eau d’y entrer par osmose. Dans l’osmomètre, elle est équilibrée par le poids de la colonne de hauteur h. Elle dépend du nombre de particules dissoutes, pas de leur nature.
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4. Loi de Van’t Hoff
P = i × C × R × TP : pression osmotique (Pa) ; C : concentration (mol/m³) ; R = 8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹ ; T : température absolue (K) ; i : nombre de particules libérées par molécule (i = 1 pour le glucose, 2 pour NaCl, 3 pour CaCl2). Le produit i × C est la concentration osmolaire (osmol/L).
Exemple guidé : le sérum physiologique
Le sérum physiologique contient 9 g de NaCl par litre (M = 58,5 g/mol). Calcule sa concentration osmolaire et sa pression osmotique à 37 °C.
Solution : C = 9 / 58,5 ≈ 0,154 mol/L ; NaCl → Na⁺ + Cl⁻ donc i = 2. Concentration osmolaire = 2 × 0,154 ≈ 0,31 osmol/L (comme le plasma). P = 2 × 154 mol/m³ × 8,31 × 310 K ≈ 7,9 × 10⁵ Pa, soit environ 7,8 atmosphères.
Comparer deux solutions
Deux solutions de même concentration osmolaire sont isotoniques : pas de flux net d’eau.
Une solution de glucose à 0,3 mol/L et une solution de NaCl à 0,15 mol/L sont isotoniques (0,3 osmol/L).
L’eau va toujours vers la solution qui a la plus forte pression osmotique.
la solutionl’innovationle bécher
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La dialyse
Activité 2 : un sac de cellophane dans l’eau (TP)
Un sac de cellophane contenant un mélange d’empois d’amidon et de glucose est plongé dans de l’eau distillée. Une heure plus tard, on teste l’eau du bécher.
Document 3 : expérience de dialyse et tests de l’eau du bécher.
Quelle substance est passée dans le bécher ? Justifie avec les tests.
Pourquoi l’amidon reste-t-il dans le sac ?
Ce qu’il faut comprendre : la liqueur de Fehling donne un précipité rouge brique : le glucose est sorti du sac. L’eau iodée ne bleuit pas : l’amidon, très grosse molécule, est resté dans le sac. La membrane trie les molécules selon leur taille : c’est la dialyse.
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Osmose et dialyse
Osmose
Passage du solvant (l’eau) vers le milieu le plus concentré.
≠
Dialyse
Passage des petites molécules dissoutes (soluté) vers le milieu le moins concentré.
La cellule, un osmomètre vivant
Interpréter la turgescence et la plasmolyse
1
La membrane plasmique
Elle laisse passer l’eau facilement (protéines-canaux appelées aquaporines).
2
Le suc vacuolaire
Riche en sels et en sucres, il exerce une pression osmotique interne Pi.
3
Milieu hypotonique
L’eau entre par osmose ; la vacuole pousse sur la paroi qui exerce une pression de turgescence Pt.
4
Milieu hypertonique
L’eau sort par osmose ; la vacuole se vide : plasmolyse.
l’osmoseles vers intestinauxles reins
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5. La force de succion
La capacité d’une cellule végétale à attirer l’eau est sa force de succion : S = Pi − Pt. Une cellule plasmolysée (Pt = 0) a une succion maximale ; une cellule pleinement turgescente (Pt = Pi) n’absorbe plus d’eau (S = 0). C’est grâce à cette succion que les poils absorbants des racines puisent l’eau du sol.
Exemple : des feuilles de manioc flétries retrouvent leur fermeté après l’arrosage, car leurs cellules réabsorbent l’eau.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
L’osmose est le passage de l’eau à travers une membrane semi-perméable vers le milieu le plus concentré.
La pression osmotique P = i·C·R·T dépend du nombre de particules dissoutes.
Deux solutions de même concentration osmolaire sont isotoniques.
La dialyse est le passage des petites molécules dissoutes ; les grosses sont retenues.
La cellule végétale attire l’eau par sa force de succion S = Pi − Pt.
je retiensla celluleles végétaux
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Vocabulaire à connaître
Membrane semi-perméablemembrane qui laisse passer l’eau mais pas certains solutés.Osmosepassage de l’eau vers le milieu le plus concentré.Pression osmotiquepression qui attire l’eau dans une solution.Dialysepassage sélectif de petites molécules dissoutes.Osmolariténombre de moles de particules dissoutes par litre.
Je m’évalue
1. Pourquoi le niveau monte-t-il dans le tube de l’osmomètre ?
2. Quelle est la concentration osmolaire d’une solution de CaCl₂ à 0,1 mol/L ?
3. Quel test montre que le glucose est sorti du sac de dialyse ?
4. Que vaut la force de succion d’une cellule pleinement turgescente ?
Réponses : l’eau entre par osmose dans la solution sucrée · 0,3 osmol/L (i = 3) · liqueur de Fehling : précipité rouge brique · S = 0. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisle cortexles réactifs
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Erreurs fréquentes
Confondre osmose (mouvement de l’eau) et dialyse (mouvement des solutés).
Oublier le facteur i : NaCl libère deux particules par molécule.
Utiliser la température en °C dans P = iCRT : il faut des kelvins (T = θ + 273).
Méthode
Pour un calcul de pression osmotique : convertis la masse en mol/L, puis en mol/m³ (× 1000) ; trouve i selon la dissociation ; passe la température en kelvins ; applique P = i·C·R·T et donne le résultat en pascals.
Activité d’intégration
Dans un laboratoire de Bamenda, on dispose de trois solutions : A (glucose 0,3 mol/L), B (NaCl 0,15 mol/L) et C (NaCl 0,3 mol/L). On veut choisir une solution à injecter à un malade et une solution pour conserver des fruits sans qu’ils moisissent.
Calcule la concentration osmolaire de chaque solution et classe-les.
Indique quelles solutions sont isotoniques au plasma (0,3 osmol/L) et pourquoi C est dangereuse en injection.
Explique pourquoi une solution très concentrée en sucre ou en sel empêche les moisissures de se développer.