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Sur une méthode de préparation des membranes semi-perméables et son application à la mesure des poids moléculaires au moyen de la pression osmotique
Eugène Fouard
To cite this version:
Eugène Fouard. Sur une méthode de préparation des membranes semi-perméables et son application
à la mesure des poids moléculaires au moyen de la pression osmotique. J. Phys. Theor. Appl., 1911,
1 (1), pp.627-643. �10.1051/jphystap:0191100108062700�. �jpa-00241710�
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SUR UNE MÉTHODE DE PRÉPARATION DES MEMBRANES SEMI-PERMÉABLES
ET SON APPLICATION A LA MESURE DES POIDS MOLÉCULAIRES AU MOYEN DE LA PRESSION OSMOTIQUE (1) :
Par M. EUGÈNE FOUARD.
On sait que la préparation des membranes de Traube et de Pfeffer est d’une pratique extrêmement diificile : presque toujours, quelques
bulles d’air, interposées dans la porcelaine poreuse, s’opposent à la
rencontre des deux colonnes de liquides précipitants et laissent des ouvertures dans la membrane.
1.
-J’ai pensé que cette difficulté constante disparaîtrait en employant comme support, au lieu du vase poreux de Pfeffer, la
membrane filtrante de collodion, dont la préparation, accomplie sui-
vant la technique des Drs E. Roux et Salimbeni, s’effectue totalement à l’abri de l’air. Les pores de cette paroi sont infiniment plus ténues
que celles d’une porcelaine ordinaire : j’ai démontré (2), à cet égard,
que leur dimension moyenne était de l’ordre des grosses molécules des substances dissoutes, de telle sorte que le filtre à collodion constitue un séparateur des divers composants d’une solution don- née, retenus en raison même de leurs grandeurs moléculaires.
Il était dès lors à prévoir qu’une précipitation interne de gélatine tannique, de ferrocyanure de cuivre, suivant la technique de Traube
et de Pfeffer, communiquerait à ce support particulier la propriété
de semi-perméabilité, sans aucune cause d’insuccès. Cet essai, ainsi que les suivants, poursuivis avec la collaboration de 1B1. de Tonnay-
’Charente, conduit, en effet, régulièrement, au résultat énoncé. Il suf-
fit, en réalité, d’un contact de dix minutes des liquides précipitants
de Traube pour que la membrane de collodion manifeste des proprié-
tés osmotiques; si on prolonge ce contact pendant deux ou trois
’
jours, la cellule osmotique ainsi formée ne laisse passer aucune trace dosable de sucre de canne quand on l’immerge, remplie d’une
solution concentrée de ce sucre, dans l’eau distillée ; si on la bouche hermétiquement, elle se gonfle, puis se brise, comme l’enveloppe
cellulaire d’un tissu animal ou végétal ; inversement, elle se replie, en
Con-imunication faite à la Société française de Physique : séance du
1 avril 1911.
(2) Thèse doctorat, 19i1, p. 59 (Paris,.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0191100108062700
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se vidant, elle se fane comme un végétal, si on la plonge dans une
solution saline concentrée, après y avoir introduit de l’eau pure.
Si la réalisation très simple de cette membrane semi-perméable permet de montrer aisément le processus du phénomène de l’os-
mose, on peut aussi l’utiliser à l’étude expérimentale du mécanisme
de la pression osmotique et à la détermination des poids molécu-
laires des corps solubles dans l’eau, selon la loi des solutions de Van’t Hoff. On sait l’intérêt que présenterait la résolution de ces pro-
blèmes, aussi bien en Physique moléculaire qu’en Chimie générale :
d’une part, si la loi de Van’t Hoff adonne une mesure de la pression osmotique, elle n’explique ni la cause ni le sens du courant liquide
à travers la membrane; d’autre part, l’incomparable sensibilité de la méthode osmôm2trique, en regard des procédés cryoscopique et ébullioscopique, se manifeste par le fait qu’une solution normale, c’est-à-dire renfermant par litre une molécule-gramme du corps dissous non dissocié, exerce une pression osmotique équilibrée par
une colonne d’eau d’une hauteur de 230 mètres.
En pratique, une difficulté surgit ici dans la mesure des pressions ;
la membrane support de collodion ne possède aucune rigidité ; elle
est déformable, extensible sous l’influence d’une pression de quelques centimètres, et elle n’est pas suffisamment élastique pour revenir, après cessation de la pression, à sa forme et à son volume primitifs ;
par conséquent, si on lui a fait subir préalablement une préparation
de semi-perméabilité, les déformations qu’elle présente pendant
l’exercice de la pression altèrent cette propriété.
Il est facile de supprimer cet obstacle ; on sait bien que l’enveloppe protoplasmique d’une cellule vivante estune paroi extrêmement mince, qui cependant est douée d’une semi-perméabilité résistant parfois à
des pressions énormes ; on peut citer, à cet égard, l’exemple du mycé-
lium de l’ asperg illus qui, dans son milieu de choix, supporte .
une tension interne de 160 atmosphères ; on sait, en outre, que l’effort de rupture d’une même paroi soumise à un même système de forces
extérieures s’accroît très rapidement lorsque diminue son rayon de courbure. On peut déduire de ces considérations un procédé de pré- paration de « collodion armé », qui consiste à établir d’abord une
chambre à monture en métal, dont le corps cylindrique est formé par
une toile également métallique. En plongeant cet appareil dans le
collodion, chaque maille de la toile est occupée par une lamelle de
cette substance dont la surface présente un faible rayon de courbure.
629 On peut aisément vérifier que la membrane obtenue résiste dès lors à des pressions très élevées, de plusieurs atmosphères, de telle sorte
que la stabilité du système ainsi constitué ne dépend plus en réalité
que de la résistance de l’armature. La cellule osmotique réalisée
dans ces conditions possède un volume constant ; en surmontant sa
capacité d’un tube capillaire destiné à mesurer la pression crois-
sante, on pourra effectuer des mesures de celles--ci, à l’équilibre,
sans modification appréciable du volume total, ni de la concentration moléculaire initiale de la substance étudiée.
De plus la semi-perméabilité acquise reste constante ; on assure d’une façoncomplète cette condition en opérant de la façon suivante :
on laisse en contact, à travers les pores de la membrane, les solu-
tions séparées de gélatine et de tanin, pendant cinq à six jours; pour atténuer autant que possible la dissymétrie de la membrane, on
renouvelle cette formation en changeant les emplacements des deux
solutions à l’intérieur et au dehors du sac tubulaire de collodion, dans une seconde immersion de même durée que la première ; en
outre, les coagulums ainsi formés présentent un degré de cohésion
assez variable, décroissant avec le temps, aux contacts ultérieurs prolongés de l’eau, dissolvant en usage : on peut réduire notable- ment cette variabilité en effectuant, avant la seconde immersion, un
contact de vingt-quatre heures de la cellule au sein d’une solution
d’un sel très coagulant comme le chlorure mercurique à 5 pour 1..000.
On obtient ainsi des précipités de Traube à structure très serrée, donnant des membranes qui, à pression nulle, sont devenues très lentement perméables à l’eam pure ; enfin, par l’emploi de deux solu-
tions précipitantes à concentrations moléculaires très différentes, la
formation des cellules peut s’accomplir sous une pression osmotique
de même grandeur que celles qu’on se proposera de mesurer.
Une précaution générale, adoptée dans toutes ces recherches,
consiste enfin à conserver les membranes préparées, en dehors des périodes d’utilisation, au contact de ses liquides précipitants, en so-
lutions très étendues. Un lavage de quelques jours dans l’eau distil-
lée, au moment d’un essai, donne une membrane neuve , prête aux
mesures de pressions osmotiques.
II.
-Les pressions ont été évaluées directement par le dispositif
le plus simple, consistant en une fermeture de la cellule osmotique
par un bouchon de caoutchouc, surmonté d’un tube capillaire verti-
cal, dont le diamètre est d’environ 1; 3 à i/21nillimètre. Les solutions
630
employées étant toujours à une très faible concentration, de l’ordre
de un millième de molécule-gramme par litre, il suffit de mesurer la différence des niveaux de la solution dans le tube capillaire et de
l’eau pure extérieure, en la corrigeant de la dénivellation due à la
capillarité ; on assimile ainsi à l’eau pure, au point de vue de la den- sité, les solutions extrêmement diluées en usage, ce qui ne représente qu’une erreur indifférente dans cette catégorie de déterminations ;
Fosmomètre est évidemment placé dans un lieu dont les variations de la température sont presque nulles ; celle-ci est relevée sur un
thermomètre donnant les dixièmes de degré, plongé dans l’eau sub- mergeant la cellule. Ces mesures ont été exécutées, au nombre d’une centaine environ, avec des corps d’une pureté bien déterminée (sac-
charo3e, lactose, glucose, mannite, asparagine) et de poids molécu-
laires bien connus, en vue de fixer la méthode expérimentale.
En désignant par p la concentration en substance dissoute pour 100 centimètres cubes de la solution, par T la température absolue
de l’expérience, par h la hauteur en centimètres de la colonne de solution au moment de l’équilibre, par R la constante des gaz
(R = 84.750), par M le poids moléculaire du corps dissous, on a d’après la loi de Van’t Hoff :
Si l’on compare, dans les présentes expériences, la hauteur atteinte par le liquide, avec celle obtenue par le calcul,
on trouve toujours que la valeur observée est inférieure à celle cal- culée selon la loi de Van’t Hoff.
Ainsi, pour une concentration p .- 0,121, à ~8°, ~, l’expérience
donne i0~~’,~, alors le calcul indique 8 ie’~,4; pour une concentration p = O~.9-30 à 17°, l’expérience donne 140cm ,J, le calcul indique 16¡)CllI,5.
Les dénivellations qui en résultent, exprimées en colonnes de mer- cure, sont respectivement de 1,1111,26 et 1C111,41. Ce fait est général
pour toutes les expériences citées, [accomplies avec plusieurs mem-
branes : les solutions employées, toutes plus étendues que celles de saccharose des expériences de Pfeffer, présentent une dénivellation de même sens de la pression osmotique.
Doit-on attribuer ce résultat à unie imperfection constante des
631 membranes employées? Si elles ont conservé en partie la propriété
filtrante du support, dans son état initial, l’abaissement rapide de la
colonne d’équilibre, à partir de son maximum, accusera la diminu-
tion progressive de la pression interne, ou la perte des molécules dissoutes traversant la paroi; en renouvelant chaque jour, pendant plusieurs semaines, l’eau extérieure de l’osmomètre, on réalisera
même les conditions les plus favorables à l’épuisement par dialyse
de la solution intracellulaire.
Cependant, en opérant ainsi, on peut constater que la hauteur de i46t’m,3 de l’essai précédemment indiqué n’a nullement varié après vingt-cinq jours et que le titre de la solution interne, à la fin de cette
période, est de 0,227, au lieu de 0,230 à l’origine. L’hypothèse d’im- perfection de la membrane, d’après le mode de préparation que nous
avons développé, n’est donc pas vraisemblable. Wais en outre, s’il y a, dans cet abaissement de 0,230 à 0,227, une diminution réelle de
concent ration, il ne déterminerait, selon le calcul de Van’t Iloff, qu’une dénivellation de 2 millimètres de colonne d’eau : or, l’expé-
rience nous indique 192 millimètres, hors de toute proportion avec
celle prévue par la théorie actuelle.
D’ailleurs, si cette dénivellation relative à la loi de Van’t Iloff n’a
jamais été signalée, elle n’en est pas moins apparente dans les anciennes expériences exécutées par Pfeffer : si, en effet, on calcule,
avec la même constante (84.750) des gaz, selon la loi de Van’t Hoff,
la hauteur en colonne de mercure correspondant à une solution de saccharose à 1 0~’0, à la température de 14°,2, on trouve 52C’n,4 ; par
suite, pour des solutions à 2 0/0 et à 6 0/0 on obtiendrait, comme hauteurs, 01,8 et 3 f 41,. Expérimentalement, Pieff’er a obtenu,
au lieu de ces trois nombres, les suivants :
.Les dénivellations sont donc respectivement, en colonne de mer-
cure, de :
Elles sont donc dans le méme sens que celles de nos expériences
et présentent des valeurs se raccordant avec elles.
Le fait constant de cette dénivellation ne peut être rapporté qu’à
une cause inhérente au mécanisme même de l’osmose à travers la
membrane semi-perméable.
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Dépend-il de la membrane elle-même? Un sait que celle-ci a une structure colloïdale et à ce caractère de forme se rattache, on le
sait aussi, la propriété fréquente d’absorption des matières dissoutes
par les granules. Ce phénomène entre-t-il ici en jeu ? Nous allons le constater en effet. Cependant nous venons de voir que l’abaissement minime de concentration de notre dissolution de saccharose ne peut
rendre compte de l’importante dénivellation observée. Si donc l’ab-
sorption a un rôle, on ne peut lui attribuer cet écart relatif à la loi de Van’t Mon’. Il faut donc en chercher la cause du côté de la solu- tion elle-même? La formule ~~v = vérifiée seulement pour les gaz parfaits, recevrait ici, comme pour les gaz réels, un ou plusieurs
termes correctifs, actuellement inconnus.
’
En tout cas, nous sommes amenés à conclure que la mesure des
poids moléculaires des substances dissoutes, en solutions aqueuses très diluées, par l’évaluation directe de la pression osmotique, ne
sera vraiment possible que lorsque la nature de cette cause aber-
rante sera bien déterminée et traduite par une formule des solutions III.
-On peut prévoir, en déduction de la loi de Van’t Hoff, que
ces termes correctifs de la pression sont, comme dans le cas des gaz réels, des fonctions de la concentration moléculaire.
S’il en est ainsi, on peut imaginer une méthode différentielle qui
°
consistera à équilibrer la pression osmotique de la solution à étudier par celle d’une autre solution connue.
Au moment de l’équilibre, les volumes moléculaires seront égaux
dans les deux solutions isosmotiques ; dès lors on pourra évaluer le
poids moléculaire inconnu sans se préoccuper de la connaissance des termes correctifs de la pression, les valeurs numériques des
divers facteurs de l’équation des solutions vraies étant devenues
égales pour les deux liquides équimoléculaires séparés par la mem- brane.
Pour réaliser cette méthode de zéro, j’ai adopté le dispositif suivant :
La membrane tubulaire est fermée par un bouchon portant un tube
capillaire non plus vertical, mais recourbé horizontalement dès sa sortie de la cellule, et d’une longueur de 10 à 20 centimètres. On
prépare une solution d’un poids connu de la substance à étudier dans
un volume total déterminé ; on l’introduit dans la cellule et on fixe
l’obturateur ; le liquide en excès s’échappe par le tube capillaire. On
plonge cet appareil dans un récipient contenant une solution d’une
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substance de constitution bien connue ; celle-ci doit être choisie telle
qu’on puisse en disposer aisément à l’état chimiquement pur; elle doit prendre en solution un état moléculaire simple, invariable; elle
ne doit pas présenter de dissociation, de façon à former une solution
de comparaison nettement définie, toujours identique à elle-même : pour ces diverses raisons, j’ai adopté le saccharose ou sucre de
canne raffiné, dont le degré de pureté très élevé convient très bien
.
aux mesures proposées.
On introduit donc dans le vase extérieur une solution de saccha-
rose de concentration moléculaire plus élevée que celle du liquide interne, ce qu’on peut savoir approximativement a priori. Dès que le contact est établi, on voit le ménisque du tube capillaire fuir du
côté de la cellule, par‘ suite de l’appel d’eau vers le saccharose exté- rieur. Il suffit alors d’effectuer successivement des appor-ts d’eau
distillée dans la solution immergeante pour voir se ralentir la
course du ménisque, dont les déplacements s’observent avec la plus grande sensibilité, puisqu’une longueur de 1 millimètre du tube
capillaire correspond à une variation de volume de de cen-
t0.00U timètre cube de liquide interne.
Les apports successifs d’eau distillée ont un volume de plus en plus réduit, et il arrive un instant où le ménisque, après avoir rétro- gradé vers la cellule, s’en éloigne au contraire ; le courant osmotique
a alors changé de sens, la dilution du saccharose ayant dépassé le
terme d’égalité moléculaire : on l’atténue lentement par addition mé-
nagée d’une solution sucrée plus concentrée. On continue ainsi à se
rapprocher sans cesse de l’équilibre, en suivant désormais à la loupe
les déplacements lents du ménisque; on effectue des additions suc-
cessives de volumes de plus en plus réduits, soit de solution sucrée, soit d’eau distillée, chacune d’elles étant suivie d’une agitation con-
venable pour rétablir l’homogénéité du liquide extérieur. Cette suite
d’opérations aboutit à l’immobilité du ménisque, qu’on atteint dans
un temps inférieur à une heure. On peut observer plus longuement
cette immobilité relative ; on accroît ainsi sans cesse le degré de pré-
cision de l’équilibre et, par suite, celui de la mesure du poids molé-
culaire.
Il faut remarquer que, dans cette technique, la chambre osmomé-
trique ne supporte aucune pression effective. Il n’est donc pas
nécessaire de la construire avec une armature métallique ; les essais
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actuels ont été exécutés avec un support cylindrique en canevas de tapisserie, d’une maille de on réservera le dispositif à toile métallique, de nickel pur, ou mieux encore de platine, réfractaire à
l’attaque de tout réactif, pour les mesures directes de pression osmotique.
Dans la description qui précède, le but à atteindre est l’immobilité du ménisque, quelle que soit en réalité sa position finale, le long du
tube capillaire. Or, le volume initial du liquide étudié sera toujours
au minimum de 20 centimètres cubes; quant à celui du tube capil-
laire, sur 1 décimètre de longueur, il n’est que de 1 à 2 centièmes de centimètre cube. Par conséquent la variation totale du volume de
liquide interne ne sera jamais qu’une fraction de cette capacité capil-
laire et l’erreur relative que l’on commettra, en supposant le zéro cons-
t ’ f
.d
.t ’1
’.d
tant, ne sera qu’une fraction du quotient 20 ou 2000; 20 2000 il est évident
que la mesure de tous les poids moléculaires ne nécessite nullement l’infime correction qui peut provenir d’un tel déplacement du zéro.
On notera en outre, dans la pratique de la méthode actuelle, que, si elle est exécutée dans un laboratoire où la température n’est pas soumise à de brusques et fréquentes variations, condition toujours
facile à réaliser, il n’est nullement nécessaire de se préoccuper de la température, puisqu’elle est aisément la même de part et d’autre de la membrane; les mesures s’accompliront donc sans aucun thermo- mètre ni instrument de précision étranger à l’osmomètre, ce qui
constitue ici un précieux avantage, en regard de la cryoscopie et de l’ébullioscopie. Cependant, ainsi qu’on l’a prévu par la grande am- plitude des valeurs de notre variable, la pression osmotique, la sen-
sibilité du présent procédé, est incomparablement supérieure à celle
de ses devanciers.
Le principe différentiel que nous avons substitué à celui de la me~.
sure directe lui prévaudra d’ailleurs, à cause des facilités de son appli-
cation : en effet, l’évaluation d’une pression osmotique nécessite
l’attente de l’équilibre d’une colonne liquide ascendante, et il n’est
pas rare decompter une quinzaine de jours pour la période de mobi- lité ; c’est seulement alors que la mesure du poids moléculaire, entreprise antérieurement, donne la réponse au problème posé; elle exige en outre la connaissance précise de la température, et des dispositions spéciales pour réaliser sa constance prolongée.
Ici, au contraire, une durée d’observation de une demi-heure à
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une heure, sans aucune préoccupation d’isolement thermique, suffit
à l’obtention des résultats, d’une précision remarquable, qui seront rapportés plus loin.
J’ai établi le contrôle expérimental de cette méthode en mesurant
le poids moléculaire de corps pour lesquels cette grandeur est con-
nue sans ambïguité, et susceptibles d’être préparés chimiquement
purs, en quantités assez notables; la solution aqueuse de chacun de
ces corps est d’une concentration c, exactement déterminée par une
pesée préalable. Lorsque l’équilibre est atteint, on mesure la concen-
tration finale y en saccharose, de la solution extérieure, le plus simplement, par sa rotation polarimétrique en tube de longueur maxima, 5 décimètres, ou, à défaut de polarimètre, par la méthode
chimique d’inversion et de dosage à la liqueur de Fehiing. Les deux
solutions étant devenues isosmotiques et équimoléculaires, leurs con-
centrations c et y en grammes pour 100 centimètres cubes sont pro-
portionnelles aux poids moléculaires de chaque matière dissoute ;
comme l’un d’eux, celui du saccharose, qui est 342, nous est parfaite-
ment connu, nous aurons donc celui M à mesurer par la proportion :
Les corps suivants, préparés purs avec un très grand soin, par
mon collègue à l’Institut Pasteur, M. B. Sauton, ont donné ainsi les résultats suivants :
La coïncidence presque parfaite des nombres de l’expérience et
des valeurs connues démontre dans ce tableau ce que la théorie per- mettait de prévoir: l’extrême sensibilité du procédé osmotique, comparé à nos méthodes actuelles.
-
La marche d’une opération n’affecte cependant pas toute la
simplicité de la description qui précède.
Lorsqu’on prend, en effet, une membrane neuve, qui, après sa
636
période de formation, est demeurée au contact de l’eau pure, et lors-
qu’on la remplit, en vue d’une mesure, avec la solution à étudier, si
on fait immédiatement l’essai d’équilibre osmotique, on obtient un
résultat absolument erroné ; ainsi, si nous rapportons la valeur ins- tantanée obtenue avec la mannite, nous trouvons :
Le véritable poids moléculaire étant 18~.,2, celui obtenu est supé-
rieur au double de cette valeur : cette anomalie apparente a toujours
été observée pour tous les corps précédents ; la solution de saccharose, apparemment isosmotique, à l’origine, a donc toujours une concen-
tration notablement plus faible que celle qu’elle devrait avoir pour aboutir au poids moléculaire théorique.
Ce premier résultat apparaît d’abord sans explication, si l’on re-
maque quela cellule est bien réellement semi-perméable; on ne peut
que l’attribuer à un état particulier, soit de la membrane, soit de la
solution. Pour le vérifier, il sufli t d’abandnnner à elle-même la cellule montée, remplie de son liquide, en se proposant de renouveler,
toutes les deux ou trois heures, l’obtention d’une solution nouvelle de saccharose immobilisant le ménisque capillaire.
En opérant ainsi, on voit dans les essais successifs la concentra- tion de saccharose s’accroître, et par suite le nombre expérimental
donnant le poids moléculaire erroné de la mannite se rapprocher peu à peu du chiffre théorique ; cependant on n’a pas touché à la solution interne.
Voici une suite de nombres obtenus pour la mannite, avec les in-
tervalles de temps successifs correspondants :
A partir de ce dernier essai, la solution de saccharose apparem-
ment isosmotique conserve un titre constant; nous voyons, par la
valeur du poids moléculaire vrai obtenu, qu’elle est véritablement
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équimoléculaire avec la solution interne. Quels sont les changements qui se sont accomplis pendant la période de variation ? En premier lieu, on peut supposer que l’état moléculaire de la solution s’est
progressivement modifié : il ne serait pas invraisemblable que la dissociation graduelle d’un groupement moléculaire initial s’effec- tuât dans un certain temps, jusqu’à 1 isolement completdes molécules simples, isolement manifesté par la valeur finale exacte du poids
moléculaire. Cependant le fait nous apparaît comme trop général
pour ne pas avoir été entrevu et interprété par les autres méthodes,
bien que mo’ns sensibles et se prêtant difficilement à de telles ob- servations. Si cette hypothèse de dissociation ne correspond à aucune réalité, c’est que la solution reste identique à elle-même à partir de
son état d’origine, et comme il y a quelque chose qui se modifie, ce
ne peut être que la membrane elle-même. Pour élucider ce point, il
était nécessaire de faire les deux expériences suivantes :
D’abord, prenons la cellule osmométrique, au moment où elle
vient de fournir, après contact prolongé, le poids moléculaire vrai de la mannite; démontons-la, et changeons sa solution interne de man-
nite pour une solution neuve de même concentration, qui vient d’être
préparée à l’instant même; faisons une mesure immédiate; si c’est
l’état moléculaire de la mannite qui est variable, nous allons retrouver,
avec cette même cellule, non plus 182, mais la valeur initiale ~’~.3~ ; l’expérience accomplie, nous retrouvons instantanément 183, valeur sensiblement exacte du poids moléculaire de la mannite. La même
substance, à l’instant de sa dissolution, présentedonc son poids mo-
léculaire vrai, dans une membrane qui vient de l’indiquer sur une
solution identique, après un contact de quarante-huit heures.
Cette observation est complétée par la suivante : 1 Reprenons l’ancienne solution qui vient de nous donner, dans la première cellule, après quarante-huit heures, un poids moléculaire exact; remplissons avec celle-ci une seconde cellule que nous quali-
fierons neuve, c’est-à-dire qui, à la suite de diverses utilisations, a
subi un contact de quelques jours avec l’eau distillée; pratiquons
avec cette nouvelle cellule la mesure isosmotique ; si la variation
observée est attribuable à la solution, nous obtiendrons immédia- tement dans cette expérience le poids moléculaire vrai de la man-
nite. En fait, nous obtenons 450, nombre erroné, comme avec la pre- mière membrane, quand elle était neuve : la même dissolution
ancienne, ici, après avoir donné le vrai poids moléculaire, donne
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maintenant un nombre beaucoup plus grand au contact d’une mem-
brane neuve.
En conclusion de ces deux essais, on peut affirmer que ce n’est pas la solution qui manifeste un changement d’états successifs; c’est
bien seulement la membrane, qui, au cours de cette variation appa- rente, ne reste pas identiques à elle-même ; elle subit une véritable formation qui la rend apte, seulement quand celle-ci est terminée, à
fournir le vrai poids moléculaire de la solution qu’elle contient.
En quoi peut consister cette formation de la membrane?
On sait bien que celle-ci est constituée par un précipité de struc-
ture colloïdale et qu’un des caractères essentiels de cette forme est
une faculté d’absorption. Il y a lieu, dès lors, de se demander si une
fonction absorbante de la membrane n’entre pas ici régulièrement
en jeu. Les expériences précédentes le prouvent sans ambïguité : si
nous nous reportons, par exemple, aux essais de glucose, la solution de ce corps introduite dans la cellule osmotique a une concentration de ~,’70 0/U ; après un contact de quarante-huit heures, la solution interne, titrée, accuse un abaissement de la rotation polarimétrique,
’ correspondant à une concentration finale de 2,62 0/0; il y a donc eu
certainement une absorption de glucose par la membrane.
.
Le processus de la formation s’explique donc très simplement : quand une solution es.t mise au contact d’une cellule neuve, il se
produit évidemment une diffusion des molécules dissoutes vers l’eau pure qui enveloppe l’agrégat micellaire formé par le précipité de Traube; en vertu du pouvoir absorbant des micelles, ces molécules
dissoutes sont transportées dans la zone d’attraction des particules précipitées et, disparaissent ainsi du milieu ambiant, comme molé- cules cinétiquement libres, et actives au point de vue osmotique. Si
cet effet d’absorption est lent, progressif, et non instantané, on conçoit que, pendant la formation, la solution qui véritablement
exerce autour des micelles le jeu des forces osmotiques soit à une
concentration inférieure à celle que nous connaissons de la solution
introduite ; il n’est pas étonnant dès lors que celle de saccharose, qu’on ajuste pour l’équilibre, ait une concentration réduite par rap-
port à celle qui a été prévue.
Au fur et à mesure que se poursuivent les effets de diffusion et
d’absorption, et si en même temps la quantité de liquide interne est
assez grande par rapport au volume propre de la membrane, la dif-
férence va en s’atténuant, et la concentration en matière active doit
639
s’élever de part et d’autre : c’est précisément ce que l’expérience
vient de nous indiquer.
Au point de vue pratique de la détermination des poids molécu- laires, ces observations nous conduisent à formuler les règles sui-
vantes, pour la préparation d’une membrane neuve, aussi bien que pour sa restauration après fonctionnement :
>1° Il faut, avant une mesure, constituer la membrane neuve ayant subi le contact des liquides précipitants, par un lavage, au sein d’eau
distillée, pendant deux ou trois jours;
~° Il faut qu’après une mesure on remette la cellule au contact d’eau distillée pendant quelques jours, pour en extraire complè-
tentent la matière dissoute, absorbée dans le cours de l’opération qui
a précédé. Si elle ne doit pas servir à nouveau immédiatement, on
la conservera au contact de ses deux liquides précipitants, en solu-
tions très étendues;
3° Il faut, avant une mesure, remplir complètement la membrane
neuve avec la solution à étudier et l’y laisser, en moyenne, pendant quarante-huit heures ; par surcroît de précaution, on pourra, dans cet intervalle de temps, remplacer une ou deux fois la solution intérieure par une autre fraction neuve du même liquide. Le dispo-
sitif expérimental à réaliser dans ce but devra tenir compte que, dans bien des cas, on ne dispose pas d’une grande quantité de la
substance à étudier, ni, par suite, d’un grand volume de cette so-
lution.
En tout cas, ce n’est qu’après cette formation qu’on terminera le montage et qu’on fera la mesure d’équilibre.
Ces dispositions n’exigent, en réalité, que des soins de quelques minutes ; leur observation n’enlève rien à la simplicité du mode opé-
oratoire.
V.
-Tous les développements qui précèdent s’appliquent intégra-
lement à l’étude des solutions salines ; la méthode doit conduire à une
documentation nouvelle, relative à la dissociation des sels en solution aqueuse. Ainsi, dans le cas le plus simple d’une seule dissociation
électrolytique de la molécule en deux ions, on devra ainsi déduire,
par un poids moléculaire obtenu m, plus faible que la valeur théo-
rique le coefficient qu’on pourra com-
parer au nombre fourni par la conductibilité.
Si l’on veut étendre l’application aux acides et aux bases, il ne
640
faudra pas oublier que la membrane possède une structure colloïdale
dont les moJificateurs les plus actifs sont précisément ces agents chimiques. Il sera sans doute préférable de faire une combinaison saline avec la substance à étudier, si elle est douée de fonctions très
actives, au moyen d’une base ou d’un acide organique bien connu,
ou on en fera tout dérivé simple de façon à supprimer autant que pos- sible les dissociations électrolytiques et hydrolytiques. On détermi-
nera alors le poids moléculaire du dérivé, sensiblement inactif sur la substance même de la membrane.
Dans le cas de corps à faible fonction acide ou basicluè, on pourra
cependant, par un choix judicieux du précipité de Traube, faire une
mesure directe, comme on l’a fait dans les essais précédents pour
l’asparagine.
D’une manière générale il faudra disposer des diverses mem-
branes prêtes à l’usage et en choisir une vis-à-vis de laquelle la
solution du corps à étudier n’ait pas d’action chimique.
D’autre part l’extrême sensibilité de la méthode osmotique nous
donne le moyen d’étude indispensable des substances de grandeur
moléculaire très élevée, en solutions aqueuses vraies. On peut remarquer que, pour une concentration moyenne d’une telle subs- tance dissoute, la solution isosmotique de saccharose sera d’autant moins concentrée que sera grande la masse moléculaire cherchée.
L’évaluation finale de cette concentration au polarimètre pourra
se réduire à une rotation de quelques degrés et, si celle-ci est trop faible, il faudra consentir, dans ces conditions spéciales, à concen-
trer préalablement la solution de saccharose, pour en faire ensuite le dosage exact, sous un volume moindre déterminé.
A ce dernier cas se rattacherait identiquement celui des corps peu solubles dans l’eau; alors que leur cryoscopie en solution aqueuse est fort impréci.se et pour ainsi dire illusoire, on peut, avec l’osmo- métrie, reculer considérablement la limite d’emploi.
Il reste enfin actuellement une importante lacune à combler dans les applications de la méthode; c’est son extension aux corps inso- lubles dans l’eau, solubles dans d’autres dissolvants organiques ;
cette partie du problème se pose dans des conditions théoriques que
nous allons exposer.
VI.
-Les expériences précédentes ont mis en évidence la fonction
absorbante de la membrane. Or, on sait actuellement que ladite
fonction est une propriété de forme, caractéristique de l’état colloï-
641 dal sous lequel se présentent toujours les membranes semi-per-
méables.
Cette relation de propriétés nous conduit à l’explication du méca-
nisme profond de la circulation osmotique dont la précision, du
reste, n’a pu être dégagée de la théorie des solutions de Van’t Hoff.
Les premiers observateurs du phénomène de l’osmose avaient bien songé à l’influence de la matière même de la cloison cellulaire.
Suivant Dutrochet, Naegeli, puis E. Duclaux, Dastre, les substances
membraneuses organisées possèdent la propriété d’absorber l’eau, et
ces auteurs attribuent à cette propriétéune importance fondamentale dans le phénomène osmotique. J’ai effectivement démontré, par l’expérience directe (~), que les changements d’état d’un colloïde au
sein de l’eau résultent d’une combinaison physico-chimique réver-
sible des deux substances présentes, par fixation aux granules des
ions H+ et OH- du liquide intermicellaire.
Le point de vue intuitif des auieurs que nous avons cités devient ainsi un fait désormais bien établi et qui contient en lui-même tout
le principe de l’évolution de la matière colloïdale.
La propî-ieté d’une paroi nous apparaît donc insépara-
blement liée rz sa absorbante, il sa structure col-
lofdale et cc la nat7,cre du où sa substance )Jeut prendre cette l’orîiîe partz’culière, grâce it une réversible entre le.~ Ûeux éléments présents.
’
En conséquence, si un sel de ferrocyanure cuivrique donne au
contact de l’eau une membrane semi-perméable, autrement dit col- loïdale, ces effets disparaîtront avec l’élimination complète de l’eau,
sans reparaître nécessairement avec un autredissolvant; l’osmométrie dans le benzène, par exemple, exigera la formation d’un précipité
tout autre que ceux de Pfeffer, applicables à ‘l’osmoméirie dans l’eau ;
ce nouveau coagulum possédera la structure colloïdale, non dans
l’eau, mais dans le benzène, et ses transformations physico-chi- miques seront liées à une fixation réversible de molécules benzé-
niques ; il en serait de même pour chaque solvant, auquel correspon- drait un coagulum membraneux spécifique.
Telles sont les conditions dans lesquelles il faudrait envisager la généralisation du problème osmométrique, résolu maintenant dans le seul cas de l’eau, si on voulait l’étendre aux autres dissolvants.
(1) Thèse doctorat, ~9~~, p. 60 à 71.
./. de 5" série, t. I. (Août i9ii.) 45
642
En ce qui concerne le mécanisme même de la circulation osmo -
tique, nous avons vu qu’il résidait dans la substance de la mem-
brane ; celle-ci n’est liée aux éléments de la dissolution que par des forces attractives extrêmement petites, presque nulles, puisque leurs
effets sont réversibles ; mais une dépendance réelle existe entre les molécules du dissolvant et celles du corps dissous; leur présence
simultanée donne, en effet, naissance à des attractions moléculaires
réciproques qui, loin d’être nulles, se mesurent par les abaissements
ébullioscopiques et cryoscopiques du solvant.
Par conséquent, dans l’épaisseur de la membrane, les molécules dissoutes de la solution ambiante se trouvent au contact de molé- cules d’eau ayant, en fait, échappé à leur milieu, mais qui sont fixées
avec une énergie infiniment petite, à la substance micellaire; celle-ci
doit les abandonner, par suite de leur attraction dominante, aux
molécules dissoutes, et un. courant de dilution de la solution interne
se manifeste ainsi aux dépens d’une déshydratation de la membrane ;
mais celle-ci, par son contact avec le solvant pur extérieur, dispose
sans cesse de l’élément de son hydrolyse réversible et prélève de
l’eau au milieu extérieur. On se représente simplement delà sorte le
sens du mouvement osmotique sans qu’il soit nécessaire d’adopter
la fiction de Nernst d’une distillation du solvant pur vers la dissolu-
tion, comme si, outre le corps dissous, selon l’hypothèse de vant’
Hoff, le solvant lui-même était à l’état gazeux, entraîné par cette différence des tensions qui existerait entre les deux milieux, dans
l’état réel de vaporisation du solvant pur.
VII.
-L’expérience nous a prouvé que l’absorption ne peut être, sauf pour une faible part, la cause essentielle de la dénivellation constatée dans les pressions osmotiques mesurées, comparativement
à la loi de Vant’l-loff. C’est donc dans la structure des solutions qu’il
faut chercher l’explication des écarts constamment observées.
Il devient dès lors nécessaire de réformer ce posttilat de la loi de
vant’ Huff : le solvant n’est qu’un voltl1ne dans lequel peuvent s’étendre
les 1nolécules gazeuses du corps il n’ecrerce l)ar
aucune influence 1natérielle sur la suvstance en dissolution.
En effet, on peut considérer d’abord qu’une solution homogène ren- ferme, dans un état liquide identique, deux espèces de molécules ; mais
celles-ci ne se différencient, indépendamrnent de leur substance, que par la disproportion de leur nombre; en réalité, la distinction que nous
faisons de corps dissous et de dissolvant n’existe plus physiquement
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~
dans la dissolution elle-même. Il n’y a donc, en fait, aucune raison d’ordre physique qui puisse justifier l’abstraction matérielle de l’un des deux corps en présence, et surtout de celui, dit solvant, dont la proportion est extrêmement dominante.
D’autre part, la relation de présence des deux éléments de la dis- solution nous est bien connue : du côté du solvant, nous admettons
sans réserve que l’attraction réciproque des molécules des deux
espèces détermine l’abaissement de sa tension de vapeur ou de son
poinb de congélation, en s’opposant à tous ses changements d’états.
Il est, par suite, évident que, du côté du corps dissous, en vertu
de cette réciprocité d’action nécessaire, la même influence antago- niste, formant dans le liquide une résistance à la libre diffusion des molécules dissoutes, doit justifier l’existence d’un terme négatif,
correctif de la pression de Van’t Hoff, dont l’existence se trouve vérifiée par nos expériences après celles mêmes de Pfeffer.
La véritable des solutions vraies se)-ai’t ainsi, non pas pv IIT, 1nais
, .
