L’effet Donnan décrit le comportement des ions proches d’une membrane semi-perméable lorsque ces ions n’ont pas des concentrations identiques de chaque côté de la membrane.

1.    Contexte d’apparition de l’effet Donnan

L’effet Donnan se produit généralement dans le cas où une membrane séparant deux compartiments est imperméable à un ion tandis qu’elle est perméable à d’autres ions. Cette situation s’observe typiquement lors de la dissociation électrolytique d’une protéine.
L’effet Donnan se produit aussi lorsqu’une protéine est présente dans deux compartiments à des concentrations différents.

2.    Effet Donnan

Dans le cas où on se trouve dans une situation décrite précédemment, il apparaît une différence de potentiel entre les deux compartiments.
Cette différence de potentiel est imposée par l’ion protéique et est subie par le ou les ion(s) diffusible(s).
A l’équilibre, le flux électrique dû à cette différence de potentiel et le flux diffusif se compensent.

3.    Relation de Donnan

A température fixée, pour tout ion diffusible X de valence $z$, de concentration à l’équilibre $[X]_{1f}$ dans le 1er compartiment et de concentration à l’équilibre $[X]_{2f}$ dans le compartiment 2, on a la relation :
$ \frac{[X]_{2f}}{[X]_{1f}} =\rho ^z$
Avec $\rho$ une constante dépendant de la température et de la différence de potentiel imposée.

Exemple : Si près d’une membrane, on a les ions diffusibles $Na^{+}$, $K^{+}$,$Cl^{+}$ et $Al^{3+}$, la relation de Donnan peut s’écrire :
$\frac{[Na^+]_{2f}}{[Na^+]_{1f}}=\frac{[K^+]_{2f}}{[K^+]_{1f}}=\frac{[Cl^-]_{1f}}{[Cl^-]_{2f}}=\left( \frac{[Al^{3+}]_{2f}}{[Al^{3+}]_{1f}} \right) ^{1/3} $