Biophysique des solutions Généralités sur les solutions Diffusion en phase liquide Propriétés...

Biophysique des solutions

Généralités sur les solutionsDiffusion en phase liquide

Propriétés générales des solutions micromoléculaires

Les solutions macromoléculaires et les colloïdes

Ch2

GENERALITES SUR LES

SOLUTIONS

SOLUTION BINAIREUne solution binaire est

un mélange homogène en phase condensée

( liquide ou solide) de deux corps différents.

SOLUTION BINAIRE Une seule phase : Solvant

(Grande proportion) + Soluté

TITRE

m = masse du solutém0 = masse du solvant

mm

mt

0

CONCENTRATION PONDERALE

m = masse du solutéV = volume de la solution

V dépend de la température

)g/cm ou (g/l V

mCp 3

CONCENTRATION MOLAIRE OU MOLARITE

molaire masse

cV

1.

molaire masse

soluté de masse

litres) en ( volume

moles de nombrem

P

EXEMPLE 1Solution de glucose (M = 180 g) à

18 g/lMolarité ?

m = 18 / 180 = 0.1 : Solution DECIMOLAIRE

Solution MOLAIRE = M =1 mole / l = N molécules/l

MOLALITE

kg) solvant( du masse

moles de nombrem

Solution aqueuse et diluée : Molalité = Molarité

UNITES MOLARITE

MOLE = M = 1 (mole /l )MILLIMOLE = mM = 10-3 (mole /l )MICROMOLE=M = 10-6 (mole /l )NANOMOLE =nM = 10-9 (mole /l )

REMARQUES

Concentrations pondérales non

additives Molarités additives

FRACTION MOLAIRE

n1 = nombre de moles de soluté

n0 = nombre de moles du solvant

01

1nn

nF

EXEMPLE 2Solution aqueuse de glucose à 36 g/l

n1 = 36 / 180=0,2 ; n0=(1000-36)/18= 53,55

FSOLUTE=0,2/ (0,2+53,55)=0,0037

FSOLVANT =53,55/(0,2+53,55)=0,9962

F soluté + Fsolvant = 1

QCM1QCM1On mélange 1 dl d’une solution aqueuse de

NaCl à 58 g.l-1 avec 0.9 l d’eau. Quelle est la concentration pondérale de la solution

résultante ?A. 58 g.l-1

B. 5,8 g.l-1

C. 580 g.l-1

D. 5,8 kg.m-3

E. 58 kg.m-3

Réponses QCM1Réponses QCM1

A.58 g.l-1

B. 5,8 g.l-1

C. 580 g.l-1

D. 5,8 kg.m-3

E. 58 kg.m-3

QCM2QCM2Quelle est la concentration

molaire résultant du mélange de la question précédente?

A. 580 g.m-3

B. 100 mol. m-3

C. 5,8 g.l-1

D. 0,1 mol. l-1

E. 5,8 mol. l-1

Réponses QCM2Réponses QCM2A. 580 g.m-3

B. 100 mol. m-3

C. 5,8 g.l-1

D. 0,1 mol. l-1

E. 5,8 mol. l-1

QCM3QCM3Une solution d’albumine à 70 g/l a une masse volumique de 1,03 g/ml. Le plasma peut être assimilé à une solution d’albumine. [Na+]plasma= 142 mmol/lA.Un litre de plasma contient 55,56 moles d’eauB.Un litre de plasma contient 53,33 moles d’eauC.Cela correspond à un volume d’eau pure de 960mlD.La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27gE.La molalité en sodium est de 142 mmol/kg d’eau

QCM3QCM31 litre de plasma = 1030 gMasse d’eau/litre plasma =1030 –70 =960 gNombre de moles d’eau / litre de plasma =960 / 18 = 53,33Eau : 1 kg/litre = 1 g /mlDonc 960 g d’eau = 960 mlMasse Na+ /litre plasma = 142 10-3 23 =

3,266 g Molalité Na+ = 142 mmol / 0,96 = 147,96

mmol/kg d’eau

Réponses QCM3Réponses QCM3

A.Un litre de plasma contient 55,56 moles d’eauB.Un litre de plasma contient 53,33 moles d’eauC.Cela correspond à un volume d’eau pure de 960mlD.La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27gE.La molalité en sodium est de 142 mmol/kg d’eau

Le FaradayLe FaradaySi une molécule gramme donne

après dissociation un anion et un cation ( Na+, Cl- par exemple) ---->

6,02.1023 x 1,6.10-19 = 96 500 coulombs à l’anode et à la

cathode 1 Eq = 96500 coulombs = 1

Faraday ( F)

Concentration Concentration équivalenteéquivalente

Molécules avec ions monovalentsions monovalents :

Concentration équivalenteéquivalente = Concentration molairemolaire

Molécules avec ions bivalents :ions bivalents :Concentration équivalenteéquivalente =

Concentration molaire x2molaire x2 Molécule non ioniséeMolécule non ionisée : Ceq = 0 : Ceq = 0

NOTION NOTION D’EQUIVALENTD’EQUIVALENT

Solutions ioniques ou électrolytiques CONDUCTRICES D’ELECTRICITE

( Cation = + , Anion = -)1 ion gramme de Na+ = 1 Equivalent

1 ion gramme de Ca++, = 2 Equivalents

1 ion gramme de Al+++ = 3 Equivalents

Exemple 3Exemple 3Soit 14,2 g de cristaux de Na2 SO4 ( M =142g ) dissous dans 500 ml d’eau

Na2 SO4 --- 2 Na + + SO4 2-

n(Na2 SO4 ) = 14,2 / 142 = 0,1 mole Molarité de la solution : m = 0,1/0,5 =0,2

mole/l [Na+] = 2 x 0,2 = 0,4 mole/l, Valence z+=1

[SO4 2-] = 1 x 0,2 = 0,2 mole/l, z-=-2 Ceq ( Na+) = 0,4 x 1 = 0,4 Eq/l

Ceq (SO4 2-) = 0,2 x 2 = 0,4 Eq/l

Concentration équivalente solution : Ceq = 0,8 Eq/l

MASSE D’UN MASSE D’UN EQUIVALENTEQUIVALENT

Valence

gramme-Ion Masse

m Eq

EXEMPLE 4EXEMPLE 4Na+ : Poids atomique : 23Valence : 1Masse d’un équivalent = 23/1

= 23 gCa++ : Poids atomique : 40;Valence : 2Masse d’un équivalent = 40 / 2

CONCENTRATION CONCENTRATION EQUIVALENTE D’UNE EQUIVALENTE D’UNE

SOLUTIONSOLUTION Concentrations

équivalentes ADDITIVESConcentration totale en

Eq =Ceq anioniques + Ceq

cationiques

ELECTRONEUTRALITEELECTRONEUTRALITE

Ceq anionique =

Ceq cationique Ceq = m .n-. Z- = m .n+. Z+

EXEMPLE 5EXEMPLE 5

Plasma : par litre155 mEq anioniques155 mEq cationiques Total de 310 mEq Solution glucose : Ceq=0

NOMBRE DE mEQNOMBRE DE mEQ

(g) ionique masse

e).valencecp(mg/litr

mEq/litre de Nombre

1 mEq = 10-3 Eq

EXEMPLE 6EXEMPLE 6Sérum sanguin normal

Na+ = 3,25 g/l = 142 mEq/lK+=0,20 g/l = 5 mEq/l

Ca++ = 0,100 g/l = 5 mEq/lCl- = 3,60 g/l = 103 mEq/l

CO3H- = 1,65 g/l = 27 mEq/l

FORCE IONIQUEFORCE IONIQUE

IONS DES VALENCE :V

IONIQUE IONCONCENTRAT:C

VCVC2

1I

i

i

222

211

EXEMPLE 6EXEMPLE 6 Solution de (NH4)2SO4, de

molarité 2M(NH4)2SO42(NH4)+ + SO4

2-

C1 = C(NH4)+= 4M ; v1 = 1

C2 = C(SO42-) = 2M ; v2 = 2

62222142

1I

QCM4QCM4On considère une solution contenant des ions à la concentration : [Na+] = 150 mmol.L-1, [K+] = 5 mmol.L-1, [Ca2+] = 2,5 mmol.L-1, [Mg2+] =1,5 mmol.L-1.A.La concentration pondérale en sodium est de 3,45g. L-1.

B.La molalité en magnésium est de 3,0 mmol.kg-1.C.La concentration équivalente en calcium est de 2,5 mEq.L-1. D.La concentration équivalente de la solution est de 163 mEq.L-1. E.La fraction molaire en potassium est de 3,1 %.

QCM4QCM4

[Na+] = 150 . 10-3 . 23 = 3,45 g . L-1

[K+] = 5 . 10-3 . 39 = 0,95 g. L-1

[Ca2+] = 2,5 . 10-3 . 40 = 0,1 g. L-1

[Mg2+] = 1,5 . 10-3 . 24 = 0,036 g. L-1

[H2O] = 1000 – (3,45 + 0,95 + 0,1 + 0,036) = 995,46 g. L-1 = 55,30 mol. L-1

F K+ = 5 / (150 + 5 + 2,5 + 1,5 +

55300) = 5/55304 = 0,009 %

Réponses QCM4Réponses QCM4

A.La concentration pondérale en sodium est de 3,45g. L-1.

B.La molalité en magnésium est de 3,0 mmol.kg-1.C.La concentration équivalente en calcium est de 2,5 mEq.L-1. D.La concentration équivalente de la solution est de 163 mEq.L-1. E.La fraction molaire en potassium est de 3,1 %.

QCM5QCM5Un volume V=500 mL d’une solution est obtenu par dissolution de : 3,73 g de KCl; 5,55 g de CaCl2; 7,10 g de Na2SO4 ; 4,50 g de glucose; 0,15 g d’urée. KCl = 74,6; CaCl2 =111; Na2SO4=142 ; Glucose = 180; Urée = 60.A. La concentration en Cl- est égale à 200 mmol/LB.La concentration en Na+ est égale à 100 mmol/LC.La concentration éq en urée est 2,5 mEq/LD.Céq de la solution est de 1 Eq/LE.La molarité de la solution est de 355 mmol/L

QCM5QCM5 Cp (g/L) m (mmol/L) Ceq(mEq/

L)

KCl (3,73 g) 7,46 100 200

CaCl2 (5,55 g) 11,1 100 400

Na2SO4 (7,10 g)

14,2 100 400

Glucose (4,50g )

9,00 50 0

Urée (0,15 g ) 0,300 5 0

Réponses QCM5Réponses QCM5A.La concentration en Cl- est égale à 200 mmol/L

B.La concentration en Na+ est égale à 100 mmol/L

C.La concentration éq en urée est 2,5 mEq/L

D.Céq de la solution est de 1 Eq/LE.La molarité de la solution est de 355 mmol/L

QCM6QCM6On a dosé dans le sang d’un patient l’ensemble des cations, le glucose et l’urée.[Na+] = 145 mmol.L-1, [K+] = 5 mmol.L-1, [Ca2+] = 2,5 mmol.L-1, [Mg2+] =1,5 mmol.L-1, Glucose=1g.L-1 et urée = 1,81 g.L-1. La concentration éq totale du sérum de ce patient est :A.313 mEq.L-1

B.158 mEq.L-1

C.156 mEq.L-1

D.323 mEq.L-1

E.316 mEq.L-1

Réponses QCM6Réponses QCM6

A.313 mEq.L-1

B.158 mEq.L-1

C.156 mEq.L-1

D.323 mEq.L-1

E.316 mEq.L-1

OSMOLEOSMOLEImportant pour les phénomènes

NON ELECTRIQUES (Diffusion, osmose etc.…).

C’est toute particule : Molécules ou ions d’une solution

EXEMPLE 7EXEMPLE 7Glucose 0,1 mol.L-1 0,1 Osmol.L-1

NaCl 0,1 mol.L-1 0,2 Osmol.L-1

PO4Na3 0,015 mol.L-1 0,06 Osmol.L-1

CaCl2 0,1 mol.L-1 0,3 Osmol.L-1

OSMOLARITE ou OSMOLARITE ou Concentration molaire Concentration molaire

particulaireparticulaire

= Nombre d’OSMOLES par unité de volume de solution ( Osm.L-1

ou mOsmol.L-1)

EXEMPLE 9EXEMPLE 9Solution de molarité m de chlorure de calcium

de coefficient de dissociation CaCl2 2 Cl- + Ca++

2m ions-g ou osmoles de Cl- par litrem ions-g ou osmoles de Ca++ par litre

m(1- ) moles non dissociées

= m(1- )+ m + 2m =m(1+2)Pour m= 0,1 mol.L-1 et =0,6 :

= 0,1 ( 1+1,2) = 0,1.2,2 = 0,22 Osmol.L-1

Ceq= 4m = 4. 0,1. 0.6 = 0,24 mEq.L-1

QCM7QCM7On mélange une solution de NaCl d’osmolarité

300 osmol.m-3 avec une solution de KCl d’osmolarité 300 osmol.m-3. Quelle est la

molarité de la solution résultante ?A.600 mol.m-3

B.300 mol.m-3

C.0,6 mol.l-1

D.150 mol.m-3

E.300 mmol.l-1

Réponses QCM7Réponses QCM7

A.600 mol.m-3

B.300 mol.m-3

C.0,6 mol.l-1

D.150 mol.m-3

E.300 mmol.l-1

QCM8QCM8Une solution contenant 1 mole de CaCl2 par

litre d’eau a :A. une molarité égale à 1 mole/m3B. une molalité égale à 1 mole/kg

C.une osmolarité égale à 3000 Osmol/ m3 si le coefficient de dissociation est égal à 1

D. une osmolalité égale à 3 moles/kg si le coefficient de dissociation est égal à 1

E. une osmolarité égale à 0 si le coefficient de dissociation est égal à 0

Réponses QCM8Réponses QCM8

A. une molarité égale à 1 mole/m3B. une molalité égale à 1 mole/kg

C.une osmolarité égale à 3000 Osmol/ m3 si le coefficient de dissociation est égal à

1D.une osmolalité égale à 3 moles/kg si le

coefficient de dissociation est égal à 1E.une osmolarité égale à 0 si le coefficient

de dissociation est égal à 0

QCM9QCM9La sensation de soif provient d’une hyperosmolarité plasmatique et se

traduit pour les cellules par:A. une hyperhydratation

B.une augmentation de volumeC. une déshydratation

D. une lyseE. une diminution de volume

Réponses QCM9Réponses QCM9A.une hyperhydratation

B.une augmentation de volumeC.une déshydratation

D.une lyseE.une diminution de volume

A RETENIRA RETENIR

Osmolarité plasma normal = 300 mOsmoles /L

Concentration normale uréique sanguine = 0,25-0,30 g/LConcentration normale du

glucose dans le sang = 1g/L

Electrolytes fortsElectrolytes fortsTout électrolyte qui se dissocie totalement dans l’eau ( NaCl,

NaOH, KOH, HCl)Dans la solution on ne trouve que

des ions majoritaires ( dissociation du cristal ou de la molécule) et les molécules du

solvant.

Electrolytes faibles Electrolytes faibles

L’ionisation du soluté est partielle.

La solution contient donc les ions du soluté, des molécules du soluté et

celles du solvant.

TAUX DE DISSOCIATIONTAUX DE DISSOCIATION

10

solvant le dans sintroduite molécules de initial total Nb

dissociées molécules de Nb

CONSTANTE D’EQUILIBRE CONSTANTE D’EQUILIBRE ( Electrolyte faible binaire)( Electrolyte faible binaire)

AB + H2O = A- + B+

Etat initial mEtat final m(1- ) m m

1m

AB

B AK

2

RemarquesRemarques

La constante d’équilibre K : 1. dépend du soluté 2. dépend de la nature du solvant3. Augmente avec la température4. ne dépend pas de ou de m

EXEMPLE 10EXEMPLE 10On dissout 0,1 mol d’acide faible, noté

AH dans un volume V=1 L d’eau. Le coeff de dissociation de cet acide est =

0,08.Constante K et de la solution ?

AH + H2O = A- + H3O +

m= 0,1 mol.L-1 , K = 0,1.( (0,08)2 / (1-0,08) = 6,96.10-4;

= m(1- ) +m + m = m(1+ ) =0,1 x (1+0,08) =0,108 osmol.L-1 =

108 mosm.L-1

Détermination du taux de Détermination du taux de dissociationdissociation

0KKm

: degré 2nd du éq.l' de en résolution Sinonm

K 1

2

Electrolyte du type BAElectrolyte du type BA22

BA2 = B 2+ + 2A- m(1- ) m 2m

1

m4

BA

B AK

23

2

22

VARIATION DE

0 m

COEFF. D’ IONISATION

unité) Sans ( m

sintroduite molécules Nb

obtenues osmoles Nbi

EXPRESSION DU COEFF. EXPRESSION DU COEFF. IONISATIONIONISATION

m : molarité électrolyteNi: Nb d’ions / molécule dissociée

= Nb particules neutres + Nb ions = m(1 - ) + m .Ni

= m[1+ (Ni – 1)]

)1N(1i i

Exemple 11Exemple 11

CH3COOH = CH3COO- + H+

α = 0,1 i = 1 + 0,1(2-1)= 1,1Solution 2M ; = 2,2 Osm.l-1

EXEMPLE 12EXEMPLE 12Solution aqueuse 3,28 g/l de PO4 Na3

PO4 Na3 ↔ PO4 3-+ 3 Na+

m = 3,28/164 = 20 mmol.l-1

i = 4 = 4. 20 = 80 mOsm. l-1

C- = 1.20 = 20 mmol.l-1= 1,9 g.l-1

C+ = 3.20 = 60 mmol.l-1 = 1,38 g.l-1

CEq-=20.3=60 mEq CEq=120mEq

LOI de DILUTION LOI de DILUTION D’OSTWALDD’OSTWALD

m0 (Solution infiniment diluée), 1: A dilution

infinie un électrolyte faible est totalement dissocié (

Electrolyte fort)

m, 0 : A l’état pur un électrolyte faible ne se

dissocie pas.

QCM3Une solution de NaCl isotonique au plasma a une osmolarité de :

A. O,3 mosmol.l-1

B. 300 mosmol.l-1

C. 300 osmol.m-3

D. 3 mosmol.l-1

E. 3 osmol.m-3

Réponses QCM3Une solution de NaCl isotonique au plasma a une osmolarité de :

A. B. 300 mosmol.l-1

C. 300 osmol.m-3

D. E.

QCM4Cette solution correspond à une

molarité de NaCl de :A. 600 mol.m-3

B. 0,6 mol.l-1

C. 0,15 mol.l-1

D. 150 mmol.l-1

E. 6 mol.l-1

Réponses QCM4Cette solution correspond à une

molarité de NaCl de :A. B. C.

D. 150 mmol.l-1

E.

QCM5La sensation de soif provient d’une hyperosmolarité plasmatique et se

traduit pour les cellules par:A. une hyperhydratation

B.une augmentation de volumeC. une déshydratation

D. une lyseE. une diminution de volume