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Propriétés colligatives des solutions Pression osmotique Rappel : la loi des gaz parfaits Définition Signification Mesure Cryoscopie Définition Loi de.

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1 Propriétés colligatives des solutions Pression osmotique Rappel : la loi des gaz parfaits Définition Signification Mesure Cryoscopie Définition Loi de Raoult Mesure de losmolalité plasmatique Hémolyse et tonicité Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6

2 Propriétés colligatives des solutions Définition :propriétés dune solution permettant de dénombrer ("colligere" = "dénombrer") tout ou partie de ses solutés. 1) Pression osmotique a) Préliminaire : pression dun gaz parfait. - n moles de gaz parfaits dans une enceinte close de volume V : En rebondissant sur la paroi (agitation thermique), les molécules exercent une pression : P 0 = n RT V

3 - n moles de gaz parfait dans une enceinte non close (grillage) Les molécules de gaz séchappent à travers les mailles du grillage sans exercer de pression sur celui-ci P = 0 - n moles de gaz parfait dans une enceinte poreuse (en partie close) Soit =fraction des molécules qui rebondissent sur la paroi. % des molécules, soit n moles rebondissent sur la paroi en exerçant une pression P = n R T / V Le reste, soit (1 - )% des molécules, séchappe de lenceinte à travers les pores, sans exercer de pression (P = 0) DONC P = n R T / V = P 0

4 b) Définition de la pression osmotique - cas particulier : la solution contient uniquement des solutés : - soit qui peuvent traverser tous les pores de la membrane - soit qui ne peuvent traverser aucun pore de la membrane On appelle :- pression osmotique du soluté la quantité S0 = n S R T / V = R T c S - pression osmotique de la solution la quantité 0 = S S = R T c osm La pression osmotique mesure la concentration osmolaire c osm de tous les solutés qui ne traversent pas la membrane. Pression exercée sur les pores de la membrane : - Le solvant et les solutés de taille inférieure au diamètre des pores traversent les pores sans exercer de pression. - Les solutés de taille supérieure au diamètre des pores rebondissent sur les pores en exerçant une pression. N.B. : la pression exercée sur les parois de la membrane (partie non poreuse de la membrane totalement imperméable, y compris à leau) est égale des deux côtés.

5 - cas général : la solution contient aussi des solutés dont une fraction seulement rebondit sur les pores de la membrane. Soit : S =fraction des molécules de soluté qui rebondissent sur les pores sans les traverser. ( S = coefficient de réflexion du soluté sur la membrane) Pression exercée sur les pores de la membrane : - une fraction seulement (égale à S ) du soluté rebondit sur un pore sans le traverser et exerce donc une pression. - lautre fraction (1 - S ) du soluté traverse les pores sans exercer de pression. Pression osmotique du soluté : S = R T ( S n S ) / V = S R T c S = S S0 Pression osmotique de la solution : = S S = S S S0 = R T S S c S

6 c) Signification de la pression osmotique - Cas dune membrane complètement imperméable aux solutés ( = 1). Dans ce cas, le flux transmembranaire est uniquement un flux de solvant La différence de pression P qui annule le flux de diffusion est telle que :Q d = - Q f soit :R T b m-eau V eau S = - (- b m-eau V eau S ) doù :RT dc osm = dPsoit : P = R T Δc osm = La pression osmotique est mesurée par la différence de pression hydrostatique qui annule le flux de solvant (et donc le flux volumique) à travers la membrane. (dc) osm dx C osm eau pure PISTON QfQf QdQd P dP dx

7 - Cas général On démontre que la différence de pression hydrostatique qui annule le flux volumique de solution (solvant + solutés) est égale à RT S S c S, soit encore à. Conclusion :Dans tous les cas, la pression osmotique est mesurée par la différence de pression hydrostatique qui annule le flux volumique à travers la membrane. Le concept de pression osmotique dune solution vis-à-vis dune membrane donnée revient donc à mesurer un flux osmotique (cest-à-dire un flux volumique diffusif provoqué par une différence dosmolalité) par la différence de pression hydrostatique nécessaire pour provoquer à travers cette membrane un flux convectif de même importance.

8 d) Mesure de la pression osmotique - Principe : Se mettre dans une situation où la pression osmotique est égale à une pression hydrostatique (mesurable au manomètre). Remarque : pression hydrostatique : P = - ρ g h Indépendante de la température pression osmotique : = R T c osm Mesure un phénomène diffusif proportionnel à la température

9 - Osmomètre de Dutrochet 22,4 cm / (mosm/L) à 0°C cmH2O = h cm = 24 cm / (mosm/L) à T° ordinaire du laboratoire 25 cm / (mosm/L) à T° de lorganisme (37 °C) C osm eau pure QDQD h QFQF C osm

10 2) Cryoscopie a) Définition eau pure à 0°C solidification = liquéfaction équilibre eau salée à 0°C solidification < liquéfaction la glace fond Conclusion : leau salée gèle au-dessous de 0°C. GLACE EAU GLACE EAU

11 b) Loi de Raoult = - K C c avec : : abaissement du point de congélation K C : constante cryoscopique du solvant [- 1,86°C / (osm/kg) pour leau] : coefficient dactivité osmotique c : osmolalité totale de la solution - solutions diluées : = 1 mais non mesurable car trop petit - solutions non diluées : < 1 Remarques : c = activité osmotique la cryoscopie mesure lactivité osmotique TOTALE de la solution

12 c) Mesure de losmolalité plasmatique Composition du plasma (normale) : - osmolalité ionique : 300 mosm/kg - urée : 5 mosm/kg - glucose : 5 mosm/kg TOTAL : osmolalité plasmatique :c 310 mosm/kg Abaissement cryoscopique du plasma (normal) : = - 0,54°C doù : activité osmotique du plasma : c = - / K c 290 mosm/kg et : coefficient dactivité plasmatique du plasma : 290 / 310 0,94 Remarques : - la mesure de losmolalité plasmatique effectuée par le laboratoire est en réalité une mesure de lactivité osmotique. - en pratique, on confond souvent les valeurs de losmolalité totale, de losmolarité totale et de lactivité osmotique que lon approxime à 300 mosm/l.

13 d) Comparaison entre les propriétés colligatives - la pression osmotique dénombre les grosses molécules : -car les petites molécules traversent les membranes perméables à leau. - la cryoscopie dénombre les petites molécules : -car la contribution des grosses molécules à losmolarité totale est négligeable.

14 3) Hémolyse et tonicité Membrane dialysante séparant deux compartiments comportant des solutés ne pouvant traverser la membrane en concentrations C 1 et C 2. a) 1 er cas : membrane indéformable (ou immobile) Membrane non déformable C 2 < C 1 donc Q D de 2 vers 1 Membrane immobile état déquilibre : Q = 0 car Q D = - Q F On nobserve pas de variation des volumes des compartiments (ni de leur concentration). On observe une différence de pression hydrostatique P 0 [ égale à 0 = R T (C 2 – C 1 ) ] qui sexerce sur la membrane et peut la rompre. C1C1 C2C2 P 0 QDQD QFQF C1C1 C2C2

15 b) 2 ème cas : membrane déformable (ou mobile) Membrane déformable C 2 < C eq < C 1 Membrane mobile situation déquilibre : Q = 0 car Q D = Q F = 0 On nobserve pas de variation des pressions. On observe une variation des volumes (cf troubles de lhydratation). P = 0 C eq P = 0 C eq

16 c) 3 ème cas : membrane insuffisamment déformable (ou insuffisamment mobile) Membrane insuffisamment extensible C 2 < C 2 < C eq < C 1 < C 1 Membrane insuffisamment mobile situation déquilibre : Q = 0 car Q D = - Q F On observe une variation des volumes (et donc des concentrations) jusquà la limite possible pour les volumes, puis apparaît une différence de pression hydrostatique P [ égale à = R T (C 2 – C 1 ) < P 0 ] qui sexerce sur la membrane et peut la rompre (cf globule rouge : turgescence jusquà la sphérocytose, puis apparition de P pouvant entraîner lhémolyse). C1C1 C2C2 P C1C1 C2C2 P QDQD QFQF

17 d) Hémolyse solution de NaCl 9 g/l0,15 M300 mosm/LISOTONIQUE TURGESCENCE (pas dhémolyse) 6 g/l0,1 M200 mosm/Lfaiblement HYPOTONIQUE HEMOLYSE PARTIELLE 3 g/l0,05 M100 mosm/Lfortement HYPOTONIQUE HEMOLYSE TOTALE 0 g/l0 M0 mosm/L


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