Une propriété colligative est une caractéristique descriptive utilisée en chimie des solutions. 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. Seules quelques propriétés de la solution sont colligatives : la pression de vapeur, l’élévation du point d’ébullition, l’abaissement du point de congélation et la 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 dissolution. Par exemple, si un peu de sel de table est dissous dans l’eau, le sel est le soluté et l’eau est le solvant. Les propriétés colligatives de cette solution sont des propriétés qui ne dépendent que du nombre de molécules de sel, ou du rapport du nombre de molécules de sel au nombre de molécules de solvant. Les propriétés colligatives de la solution ne dépendent pas du fait que le soluté est du sel ou 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.
Des quatre propriétés colligatives de la solution, la pression de vapeur, l’élévation du point d’ébullition et l’abaissement du point de congélation sont étroitement liées. La pression de vapeur en tant que propriété colligative est décrite par la loi de Raoult. La loi de Raoult stipule essentiellement 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, le changement de pression de vapeur ne dépend que du rapport entre le soluté et les molécules de solvant. Encore une fois, parce qu’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 l’abaissement du point de congélation sont des propriétés colligatives qui changent chacune en même temps que les changements de pression de vapeur. Lorsqu’un soluté est ajouté à la solution, les solutés abaissent la pression de vapeur du solvant. Le changement de pression provoque 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, la solution va maintenant bouillir à une température plus élevée et geler 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 en d’autres termes, ne dépend que du nombre de molécules de soluté.
Les propriétés colligatives de la solution peuvent sembler complexes à définir, cependant, elles peuvent être intuitivement comprises à travers quelques exemples courants. De nombreux cuisiniers ajoutent du sel dans une casserole pleine d’eau lors de la cuisson des pâtes, ce qui accélère la cuisson des pâtes. Cette action profite 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 d’eau plus élevée.
L’abaissement du point de congélation est également couramment utilisé par les chefs. Le sucre et le sel en tant que solutés aident la crème glacée à geler. Le sucre dans la crème glacée affecte la température à laquelle la crème glacée gèle, et l’eau salée autour du récipient à crème glacée crée un environnement plus froid dans lequel la crème glacée gèle plus rapidement.