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

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

3 Ch2 GENERALITES SUR LES SOLUTIONS

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

5 SOLUTION BINAIRE Une seule phase : Solvant (Grande proportion) + Soluté

6 TITRE m = masse du soluté m 0 = masse du solvant

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

8 CONCENTRATION MOLAIRE OU MOLARITE

9 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

10 MOLALITE Solution aqueuse et diluée : Molalité = Molarité

11 UNITES MOLARITE MOLE = M = 1 (mole /l ) MILLIMOLE = mM = (mole /l ) MICROMOLE= M = (mole /l ) NANOMOLE =nM = (mole /l )

12 REMARQUES Concentrations pondérales non additives Molarités additives

13 FRACTION MOLAIRE n 1 = nombre de moles de soluté n 0 = nombre de moles du solvant

14 EXEMPLE 2 Solution aqueuse de glucose à 36 g/l n 1 = 36 / 180=0,2 ; n 0 =( )/18= 53,55 FSOLUTE=0,2/ (0,2+53,55)=0,0037 FSOLVANT =53,55/(0,2+53,55)=0,9962 F soluté + F solvant = 1

15 QCM1 On mélange 1 dl dune solution aqueuse de NaCl à 58 g.l -1 avec 0.9 l deau. 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

16 Réponses 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

17 QCM2 Quelle 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

18 Réponses QCM2 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

19 QCM3 Une solution dalbumine à 70 g/l a une masse volumique de 1,03 g/ml. Le plasma peut être assimilé à une solution dalbumine. [Na+] plasma = 142 mmol/l A.Un litre de plasma contient 55,56 moles deau B.Un litre de plasma contient 53,33 moles deau C.Cela correspond à un volume deau pure de 960ml D.La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27g E.La molalité en sodium est de 142 mmol/kg deau

20 QCM3 1 litre de plasma = 1030 g Masse deau/litre plasma =1030 –70 =960 g Nombre de moles deau / litre de plasma = 960 / 18 = 53,33 Eau : 1 kg/litre = 1 g /ml Donc 960 g deau = 960 ml Masse Na + /litre plasma = = 3,266 g Molalité Na + = 142 mmol / 0,96 = 147,96 mmol/kg deau

21 Réponses QCM3 A.Un litre de plasma contient 55,56 moles deau B.Un litre de plasma contient 53,33 moles deau C.Cela correspond à un volume deau pure de 960ml D.La masse de sodium par litre de plasma est de 3,27g E.La molalité en sodium est de 142 mmol/kg deau

22 Le Faraday Si une molécule gramme donne après dissociation un anion et un cation ( Na +, Cl - par exemple) ----> 6, x 1, = coulombs à lanode et à la cathode 1 Eq = coulombs = 1 Faraday ( F)

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

24 NOTION DEQUIVALENT Solutions ioniques ou électrolytiques CONDUCTRICES DELECTRICITE ( Cation = +, Anion = -) 1 ion gramme de Na + = 1 Equivalent 1 ion gramme de Ca ++, = 2 Equivalents 1 ion gramme de Al +++ = 3 Equivalents

25 Exemple 3 Soit 14,2 g de cristaux de Na 2 SO 4 ( M =142g ) dissous dans 500 ml deau Na 2 SO Na + + SO 4 2- n(Na 2 SO 4 ) = 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 [SO 4 2- ] = 1 x 0,2 = 0,2 mole/l, z - =-2 Ceq ( Na + ) = 0,4 x 1 = 0,4 Eq/l Ceq (SO 4 2- ) = 0,2 x 2 = 0,4 Eq/l Concentration équivalente solution : Ceq = 0,8 Eq/l

26 MASSE DUN EQUIVALENT

27 EXEMPLE 4 Na+ : Poids atomique : 23 Valence : 1 Masse dun équivalent = 23/1 = 23 g Ca++ : Poids atomique : 40; Valence : 2 Masse dun équivalent = 40 / 2

28 CONCENTRATION EQUIVALENTE DUNE SOLUTION Concentrations équivalentes ADDITIVES Concentration totale en Eq = Ceq anioniques + Ceq cationiques

29 ELECTRONEUTRALITE Ceq anionique = Ceq cationique Ceq = m.n -. Z - = m.n +. Z +

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

31 NOMBRE DE mEQ 1 mEq = Eq

32 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 CO 3 H - = 1,65 g/l = 27 mEq/l

33 FORCE IONIQUE

34 EXEMPLE 6 Solution de (NH 4 ) 2 SO 4, de molarité 2M (NH 4 ) 2 SO 4 2(NH 4 ) + + SO 4 2- C 1 = C(NH 4 ) + = 4M ; v 1 = 1 C 2 = C(SO 4 2-) = 2M ; v 2 = 2

35 QCM4 On considère une solution contenant des ions à la concentration : [Na + ] = 150 mmol.L -1, [K + ] = 5 mmol.L -1, [Ca 2+ ] = 2,5 mmol.L -1, [Mg 2+ ] =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 %.

36 QCM4 [Na + ] = = 3,45 g. L -1 [K + ] = = 0,95 g. L -1 [Ca 2+ ] = 2, = 0,1 g. L -1 [Mg 2+ ] = 1, = 0,036 g. L -1 [H 2 O] = 1000 – (3,45 + 0,95 + 0,1 + 0,036) = 995,46 g. L -1 = 55,30 mol. L -1 F K + = 5 / ( ,5 + 1, ) = 5/55304 = 0,009 %

37 Réponses 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 %.

38 QCM5 Un volume V=500 mL dune solution est obtenu par dissolution de : 3,73 g de KCl; 5,55 g de CaCl 2 ; 7,10 g de Na 2 SO 4 ; 4,50 g de glucose; 0,15 g durée. KCl = 74,6; CaCl 2 =111; Na 2 SO 4 =142 ; Glucose = 180; Urée = 60. A. 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/L E.La molarité de la solution est de 355 mmol/L

39 QCM5 Cp (g/L)m (mmol/L)Ceq(mEq/ L) KCl (3,73 g) 7, CaCl 2 (5,55 g) 11, Na 2 SO 4 (7,10 g) 14, Glucose (4,50g ) 9,00500 Urée (0,15 g ) 0,30050

40 Réponses QCM5 A.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/L E.La molarité de la solution est de 355 mmol/L

41 QCM6 On a dosé dans le sang dun patient lensemble des cations, le glucose et lurée. [Na + ] = 145 mmol.L -1, [K + ] = 5 mmol.L -1, [Ca 2+ ] = 2,5 mmol.L -1, [Mg 2+ ] =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

42 Réponses 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

43 OSMOLE Important pour les phénomènes NON ELECTRIQUES (Diffusion, osmose etc.…). Cest toute particule : Molécules ou ions dune solution

44 EXEMPLE 7 Glucose 0,1 mol.L -1 0,1 Osmol.L -1 NaCl 0,1 mol.L -1 0,2 Osmol.L -1 PO 4 Na 3 0,015 mol.L -1 0,06 Osmol.L -1 CaCl 2 0,1 mol.L -1 0,3 Osmol.L -1

45 OSMOLARITE ou Concentration molaire particulaire = Nombre dOSMOLES par unité de volume de solution ( Osm.L -1 ou mOsmol.L -1 )

46 EXEMPLE 9 Solution de molarité m de chlorure de calcium de coefficient de dissociation CaCl 2 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, = 0,24 mEq.L -1

47 QCM7 On mélange une solution de NaCl dosmolarité 300 osmol.m -3 avec une solution de KCl dosmolarité 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

48 Réponses 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

49 QCM8 Une solution contenant 1 mole de CaCl 2 par litre deau a : A.une molarité égale à 1 mole/m3 B.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

50 Réponses QCM8 A.une molarité égale à 1 mole/m3 B.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

51 QCM9 La sensation de soif provient dune hyperosmolarité plasmatique et se traduit pour les cellules par: A.une hyperhydratation B.une augmentation de volume C.une déshydratation D.une lyse E.une diminution de volume

52 Réponses QCM9 A.une hyperhydratation B.une augmentation de volume C.une déshydratation D.une lyse E.une diminution de volume

53 A RETENIR Osmolarité plasma normal = 300 mOsmoles /L Concentration normale uréique sanguine = 0,25-0,30 g/L Concentration normale du glucose dans le sang = 1g/L

54 Electrolytes forts Tout électrolyte qui se dissocie totalement dans leau ( 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.

55 Electrolytes faibles Lionisation du soluté est partielle. La solution contient donc les ions du soluté, des molécules du soluté et celles du solvant.

56 TAUX DE DISSOCIATION

57 CONSTANTE DEQUILIBRE ( Electrolyte faible binaire) AB + H 2 O = A - + B + Etat initialm Etat finalm(1- ) m m

58 Remarques La constante déquilibre K : 1.dépend du soluté 2.dépend de la nature du solvant 3.Augmente avec la température 4.ne dépend pas de ou de m

59 EXEMPLE 10 On dissout 0,1 mol dacide faible, noté AH dans un volume V=1 L deau. Le coeff de dissociation de cet acide est = 0,08. Constante K et de la solution ? AH + H 2 O = A - + H 3 O + m= 0,1 mol.L -1, K = 0,1.( (0,08) 2 / (1-0,08) = 6, ; = m(1- ) +m + m = m(1+ ) =0,1 x (1+0,08) =0,108 osmol.L -1 = 108 mosm.L -1

60 Détermination du taux de dissociation

61 Electrolyte du type BA 2 BA 2 = B A- m(1- ) m 2m

62 VARIATION DE 0 m

63 COEFF. D IONISATION

64 EXPRESSION DU COEFF. IONISATION m : molarité électrolyte N i : Nb dions / molécule dissociée = Nb particules neutres + Nb ions = m(1 - ) + m.N i = m[1+ (N i – 1)]

65 Exemple 11 CH 3 COOH = CH 3 COO - + H + α = 0,1 i = 1 + 0,1(2-1)= 1,1 Solution 2M ; = 2,2 Osm.l -1

66 EXEMPLE 12 Solution aqueuse 3,28 g/l de PO 4 Na 3 PO 4 Na 3 PO Na + m = 3,28/164 = 20 mmol.l -1 i = 4 = = 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

67 LOI de DILUTION DOSTWALD m 0 (Solution infiniment diluée), 1: A dilution infinie un électrolyte faible est totalement dissocié ( Electrolyte fort) m, 0 : A létat pur un électrolyte faible ne se dissocie pas.

68 QCM3 Une 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

69 Réponses QCM3 Une solution de NaCl isotonique au plasma a une osmolarité de : A. B. 300 mosmol.l -1 C. 300 osmol.m -3 D. E.

70 QCM4 Cette 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

71 Réponses QCM4 Cette solution correspond à une molarité de NaCl de : A. B. C. D. 150 mmol.l -1 E.

72 QCM5 La sensation de soif provient dune hyperosmolarité plasmatique et se traduit pour les cellules par: A. une hyperhydratation B. une augmentation de volume C. une déshydratation D. une lyse E. une diminution de volume


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