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Biophysique des solutions

Biophysique des solutions. Généralités sur les solutions Diffusion en phase liquide Propriétés générales des solutions micromoléculaires Les solutions macromoléculaires et les colloïdes. Ch2. GENERALITES SUR LES SOLUTIONS. SOLUTION BINAIRE.

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Presentation Transcript

  1. Biophysique des solutions Généralités sur les solutions Diffusion en phase liquide Propriétés générales des solutions micromoléculaires Les solutions macromoléculaires et les colloïdes

  2. Ch2 GENERALITES SUR LES SOLUTIONS

  3. SOLUTION BINAIRE • Une solution binaire est un mélange homogène en phase condensée ( liquide ou solide) de deux corps différents.

  4. SOLUTION BINAIRE • Une seule phase : Solvant (Grande proportion) + Soluté

  5. TITRE m = masse du soluté m0 = masse du solvant

  6. CONCENTRATION PONDERALE m = masse du soluté V = volume de la solution V dépend de la température

  7. CONCENTRATION MOLAIRE OU MOLARITE

  8. EXEMPLE 1 Solution de glucose (M = 180 g) à 18 g/l Molarité ? m = 18 / 180 = 0.1 : Solution DECIMOLAIRE Solution MOLAIRE = M =1 mole / l = N molécules/l

  9. MOLALITE Solution aqueuse et diluée :Molalité = Molarité

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

  11. REMARQUES • Concentrations pondérales non additives • Molarités additives

  12. FRACTION MOLAIRE n1 = nombre de moles de soluté n0 = nombre de moles du solvant

  13. EXEMPLE 2 Solution 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

  14. QCM1 On 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 ? • 58 g.l-1 • 5,8 g.l-1 • 580 g.l-1 • 5,8 kg.m-3 • 58 kg.m-3

  15. Réponses QCM1 • 58 g.l-1 • 5,8 g.l-1 • 580 g.l-1 • 5,8 kg.m-3 • 58 kg.m-3

  16. QCM2 Quelle est la concentration molaire résultant du mélange de la question précédente? • 580 g.m-3 • 100 mol. m-3 • 5,8 g.l-1 • 0,1 mol. l-1 • 5,8 mol. l-1

  17. Réponses QCM2 • 580 g.m-3 • 100 mol. m-3 • 5,8 g.l-1 • 0,1 mol. l-1 • 5,8 mol. l-1

  18. QCM3 Une 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/l • Un litre de plasma contient 55,56 moles d’eau • Un litre de plasma contient 53,33 moles d’eau • Cela correspond à un volume d’eau pure de 960ml • La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27g • La molalité en sodium est de 142 mmol/kg d’eau

  19. QCM3 1 litre de plasma = 1030 g Masse d’eau/litre plasma =1030 –70 =960 g Nombre de moles d’eau / litre de plasma = 960 / 18 = 53,33 Eau : 1 kg/litre = 1 g /ml Donc 960 g d’eau = 960 ml Masse Na+ /litre plasma = 142 10-3 23 = 3,266 g Molalité Na+ = 142 mmol / 0,96 = 147,96 mmol/kg d’eau

  20. Réponses QCM3 • Un litre de plasma contient 55,56 moles d’eau • Un litre de plasma contient 53,33 moles d’eau • Cela correspond à un volume d’eau pure de 960ml • La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27g • La molalité en sodium est de 142 mmol/kg d’eau

  21. Le Faraday Si une molécule gramme donne après dissociationun 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)

  22. Concentration équivalente • Molécules avec ions monovalents : Concentration équivalente = Concentration molaire • Molécules avec ions bivalents : Concentration équivalente = Concentration molaire x2 • Molécule non ionisée : Ceq = 0

  23. NOTION D’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

  24. Exemple 3 Soit 14,2 g de cristaux de Na2 SO4 ( M =142g ) dissous dans 500 ml d’eau Na2 SO4 --- 2 Na + + SO42- • 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 • [SO42-] = 1 x 0,2 = 0,2 mole/l, z-=-2 • Ceq ( Na+) =0,4 x 1 = 0,4 Eq/l • Ceq (SO42-) =0,2 x 2 = 0,4 Eq/l • Concentration équivalente solution : Ceq = 0,8 Eq/l

  25. MASSE D’UN EQUIVALENT

  26. EXEMPLE 4 • Na+ : Poids atomique : 23 Valence : 1 Masse d’un équivalent = 23/1 = 23 g • Ca++ : Poids atomique : 40; Valence : 2 Masse d’un équivalent = 40 / 2

  27. CONCENTRATION EQUIVALENTE D’UNE SOLUTION • Concentrations équivalentes ADDITIVES • Concentration totale en Eq = Ceq anioniques + Ceq cationiques

  28. ELECTRONEUTRALITE Ceq anionique = Ceq cationique  Ceq = m .n-. Z- = m .n+. Z+

  29. EXEMPLE 5 • Plasma : par litre 155 mEq anioniques 155 mEq cationiques • Total de 310 mEq • Solution glucose : Ceq=0

  30. NOMBRE DE mEQ 1 mEq = 10-3 Eq

  31. EXEMPLE 6 Sérum sanguin normal Na+ = 3,25 g/l = 142 mEq/l K+=0,20 g/l = 5 mEq/l Ca++ = 0,100 g/l = 5 mEq/l Cl- = 3,60 g/l = 103 mEq/l CO3H-= 1,65 g/l = 27 mEq/l

  32. FORCE IONIQUE

  33. EXEMPLE 6 Solution de (NH4)2SO4, de molarité 2M (NH4)2SO42(NH4)+ + SO42- C1 = C(NH4)+=4M ; v1 = 1 C2 = C(SO42-) = 2M ; v2 = 2

  34. QCM4 On 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. • La concentration pondérale en sodium est de 3,45g. L-1. • La molalité en magnésium est de 3,0 mmol.kg-1. • La concentration équivalente en calcium est de 2,5 mEq.L-1. • La concentration équivalente de la solution est de 163 mEq.L-1. • La fraction molaire en potassium est de 3,1 %.

  35. QCM4 [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 %

  36. Réponses QCM4 • La concentration pondérale en sodium est de 3,45g. L-1. • La molalité en magnésium est de 3,0 mmol.kg-1. • La concentration équivalente en calcium est de 2,5 mEq.L-1. • La concentration équivalente de la solution est de 163 mEq.L-1. • La fraction molaire en potassium est de 3,1 %.

  37. QCM5 Un 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. • Laconcentrationen Cl- est égale à 200 mmol/L • La concentration en Na+ est égale à 100 mmol/L • La concentration éq en urée est 2,5 mEq/L • Céq de la solution est de 1 Eq/L • La molarité de la solution est de 355 mmol/L

  38. QCM5

  39. Réponses QCM5 • Laconcentrationen Cl- est égale à 200 mmol/L • La concentration en Na+ est égale à 100 mmol/L • La concentration éq en urée est 2,5 mEq/L • Céq de la solution est de 1 Eq/L • La molarité de la solution est de 355 mmol/L

  40. QCM6 On 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 : • 313 mEq.L-1 • 158 mEq.L-1 • 156 mEq.L-1 • 323 mEq.L-1 • 316 mEq.L-1

  41. Réponses QCM6 • 313 mEq.L-1 • 158 mEq.L-1 • 156 mEq.L-1 • 323 mEq.L-1 • 316 mEq.L-1

  42. OSMOLE Important pour les phénomènes NON ELECTRIQUES (Diffusion, osmose etc.…). C’est toute particule : Molécules ou ions d’une solution

  43. EXEMPLE 7 Glucose0,1 mol.L-10,1 Osmol.L-1 NaCl0,1 mol.L-1 0,2 Osmol.L-1 PO4Na30,015 mol.L-1 0,06Osmol.L-1 CaCl20,1 mol.L-1 0,3Osmol.L-1

  44. OSMOLARITE ou Concentration molaire particulaire  = Nombre d’OSMOLES par unité de volume de solution ( Osm.L-1 ou mOsmol.L-1)

  45. EXEMPLE 9 Solution de molarité m de chlorure de calcium de coefficient de dissociation  CaCl2 2 Cl- + Ca++ 2m ions-g ou osmoles de Cl- par litre m 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

  46. QCM7 On 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 ? • 600 mol.m-3 • 300 mol.m-3 • 0,6 mol.l-1 • 150 mol.m-3 • 300 mmol.l-1

  47. Réponses QCM7 • 600 mol.m-3 • 300 mol.m-3 • 0,6 mol.l-1 • 150 mol.m-3 • 300 mmol.l-1

  48. QCM8 Une solution contenant 1 mole de CaCl2 par litre d’eau a : • une molarité égale à 1 mole/m3 • une molalité égale à 1 mole/kg • une osmolarité égale à 3000 Osmol/ m3 si le coefficient de dissociation est égal à 1 • une osmolalité égale à 3 moles/kg si le coefficient de dissociation est égal à 1 • une osmolarité égale à 0 si le coefficient de dissociation est égal à 0

  49. Réponses QCM8 • une molarité égale à 1 mole/m3 • une molalité égale à 1 mole/kg • une osmolarité égale à 3000 Osmol/ m3 si le coefficient de dissociation est égal à 1 • une osmolalité égale à 3 moles/kg si le coefficient de dissociation est égal à 1 • une osmolarité égale à 0 si le coefficient de dissociation est égal à 0

  50. QCM9 La sensation de soif provient d’une hyperosmolarité plasmatique et se traduit pour les cellules par: • une hyperhydratation • une augmentation de volume • une déshydratation • une lyse • une diminution de volume

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