Que sont les propriétés colligatives?
Une propriété colligative est une caractéristique descriptive utilisée dans la chimie en solution. Plus simplement, les propriétés colligatives sont les propriétés de la solution qui dépendent du nombre de molécules de soluté dans une solution donnée, mais pas de l'identité de ces molécules de soluté. Les propriétés colligatives de la solution sont peu nombreuses: pression de vapeur, élévation du point d’ébullition, dépression du point de congélation et pression osmotique. Les propriétés colligatives sont définies pour des solutions idéales uniquement.
En chimie, les solutions sont définies comme consistant en un soluté, ou la substance dissoute, et un solvant, ou la substance en solution. Par exemple, si un peu de sel de table est dissous dans de l'eau, le sel est le soluté et l'eau, le solvant. Les propriétés colligatives de cette solution sont des propriétés qui ne dépendent que du nombre de molécules de sel ou du rapport entre le nombre de molécules de sel et le nombre de molécules de solvant. Les propriétés colligatives de la solution ne dépendent pas du fait que le soluté est du sel, ni de l'une quelconque des caractéristiques du sel. Une propriété colligative est une propriété qui, pour toute solution, se comportera de la même manière, que la solution contienne du sel, du sucre ou tout autre soluté possible.
Parmi les quatre propriétés colligatives de la solution, la pression de vapeur, l'élévation du point d'ébullition et la dépression du point de congélation sont étroitement liées. La loi de Raoult décrit la pression de vapeur en tant que propriété colligative. La loi de Raoult stipule fondamentalement que pour une solution idéale, la pression de vapeur de la solution totale dépend de la pression de vapeur de chacun des composants chimiques, ainsi que de la fraction molaire de chacun des composants chimiques en solution. Plus concrètement, cette relation signifie que lorsqu'un soluté est ajouté à une solution, la variation de la pression de vapeur ne dépend que du rapport des molécules de soluté à solvant. Encore une fois, comme il s’agit d’une propriété colligative, le changement de pression de vapeur ne dépend pas de l’identité du soluté ajouté.
L'élévation du point d'ébullition et la dépression du point de congélation sont des propriétés colligatives qui changent chaque fois en même temps que la pression de vapeur. Lorsqu'un soluté est ajouté à la solution, il réduit la pression de vapeur du solvant. Le changement de pression entraîne une augmentation correspondante du point d'ébullition et une diminution du point de congélation de la solution. En d'autres termes, lorsqu'un soluté est ajouté à une solution, celle-ci bouillira à une température plus élevée et gèlera à une température plus basse.
La pression osmotique est la quatrième propriété colligative de la solution. L'osmose est définie comme le mouvement de molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable dans une zone contenant un nombre plus élevé de molécules de soluté. La pression osmotique est la quantité de pression qui doit être appliquée sur un côté de la membrane semi-perméable pour empêcher le solvant de s'écouler. La pression osmotique d'une solution idéale à température constante est proportionnelle à la concentration de soluté ou, autrement, ne dépend que du nombre de molécules de soluté.
Les propriétés colligatives de la solution peuvent sembler complexes à définir, mais elles peuvent être intuitivement comprises à travers quelques exemples courants. De nombreux cuisiniers ajoutent du sel à une casserole pleine d’eau lors de la cuisson des pâtes, ce qui les fait cuire plus rapidement. Cette action tire parti d'une propriété colligative. L'ajout de sel augmente le point d'ébullition de l'eau, ce qui permet aux pâtes de cuire plus rapidement à une température plus élevée.
La dépression du point de congélation est également couramment utilisée par les chefs. Le sucre et le sel sous forme de solutés aident la crème glacée à geler. Le sucre dans la crème glacée affecte la température à laquelle la glace se gèle, et l'eau salée autour du récipient à crème glacée crée un environnement plus froid dans lequel la crème glacée gèle plus rapidement.