QCM14 A l’état normal, l’organisme humain a tendance à : s’alcaliniser s’acidifier à s’enrichir en ions H+ à s’appauvrir en ions H+ à s’enrichir en bicarbonates Phénomènes de surface
QCM15 Chez un sujet normal, la concentration totale en CO2 vaut 1,2 mmol.L-1. Pour un sujet présentant une insuffisance respiratoire avec PCO2 =60 mmHg et [HCO3-] =27 mmol.L-1, le pH vaut 7,28. Ce sujet présente une alcalose Le pH intracellulaire est plus bas que le pH extracellulaire La pente de la DNE indique le pouvoir tampon du sang Phénomènes de surface
QCM16 Le tampon carbonique permet de lutter contre l’acidose métabolique due à un excès d’ions H+. Quelle est la réaction qui neutralise ces ions ? CO3H- + H+ = CO2 + H2O CO3H2 = CO3H- + H+ CO3- + H+ + H+ = CO3- + H2 CO3- - H+ + H+ = CO3- + H2 CO3- + H+ + H+ = CO3- - H2 Phénomènes de surface
Les Phénomènes de surface CHAP. 6 Les Phénomènes de surface Phénomènes de surface
Tension superficielle des liquides 1 Tension superficielle des liquides Phénomènes de surface
Forces intermoléculaires Energie de surface δW= σ δS ( σ > 0 ) Force d’interaction moléculaire Phénomènes de surface
C’est le travail à fournir pour vaincre les forces de cohésion Energie de cohésion C’est le travail à fournir pour vaincre les forces de cohésion Phénomènes de surface
Exemple 1 Quel travail faut-il fournir ? Pour casser un bâton de craie de section S en deux morceaux, σcr étant la tension superficielle de la craie Pour pulvériser une goutte d’eau de surface S en n gouttelettes de surface s. On donne σE de l’eau. Phénomènes de surface
Exemple 1 Deux surfaces S sont nouvellement crées Wc = 2 σcr. S Surface initiale = Si = S Surface finale = Sf = n.s Wc = σE(Sf - Si) Phénomènes de surface
Energie d’adhésion C’est le travail à fournir pour séparer deux phases ( liquide-solide par exemple) de surface S Wa = (σL+ σS – σL/S) S σL= Cte tension superficielle du liquide σS= Cte tension superficielle du solide σL/S = Cte tension superficielle du mélange liquide-solide Phénomènes de surface
Exemple 2 Pour le chloroforme, l’énergie interfaciale liquide-air est de 26,9 mN/m. L’énergie interfaciale liquide-eau est de 32,3 mN/m. La tension superficielle de l’eau est, à la même température, 72,8 mN/m. Quelle est l’énergie d’adhésion par unité de surface chloroforme-eau? Une goutte de chloroforme s’étale-t-elle à la surface de l’eau? Phénomènes de surface
Exemple 2 Phénomènes de surface
La tension superficielle dS= l dx l F dx Phénomènes de surface
Formule de la tension superficielle Phénomènes de surface
Constante de tension superficielle σ = Cte ou coefficient de tension superficielle. Elle dépend de : la nature du liquide la température (σ↓ quand T↑) De la nature du gaz ou du solide en contact avec le liquide [σ]SI= J.m-2 ou N.m-1 ; [σ]CGS = erg.cm-2 ; Dyne.cm-1. Phénomènes de surface
2 Loi de laplace Phénomènes de surface
Pression d’une surface courbe Exemple : bulle d’air Liquide Air Pliq R Pair ΔP = Pair - Pliq Phénomènes de surface
Loi de Laplace : membrane sphérique Phénomènes de surface
Exemple 3 Soit une bulle de savon de rayon externe Re et de rayon interne Ri. Calculer la différence de pression ΔP entre l’intérieur de la bulle et l’air. Phénomènes de surface
Exemple 3 Pe Re Pi Ri P Phénomènes de surface
QCM1 La tension superficielle ne dépend pas de la nature de l’interface sur laquelle elle s’exerce La tension superficielle s’exprime en N.m dans le système SI La tension superficielle ne dépend pas de la température Les forces de tension superficielle tendent à réduire la surface libre d’un liquide en contact avec l’air La tension superficielle explique le phénomène des bulles de savon Phénomènes de surface
QCM2 La tension superficielle d’une bulle de savon de 3 cm de rayon pour une différence de pression entre les 2 faces égale à 3 Pa est : 2,25. 10-2 N.m-1 4,5. 10-2 Pa.s.m-3 4,5. 10-2 N.m-1 4,5. 10-2 N.m2 9. 10-2 N.m-1 Phénomènes de surface
QCM3 La tension superficielle ne dépend pas de la viscosité La tension superficielle ne dépend pas de la capillarité La tension superficielle ne dépend pas de la nature de l’interface La tension superficielle ne dépend pas de la forme de l’interface La tension superficielle ne dépend pas de la longueur de l’interface Phénomènes de surface
QCM4 Selon la loi de Laplace, la tension superficielle d’une artère : Est proportionnelle au rayon de l’artère Dépend de la longueur de l’artère Dépend de la viscosité sanguine Dépend du débit de l’artère Dépend de la tension artérielle Phénomènes de surface
Loi de Laplace : membrane avec courbure Surface avec 2 rayons de courbure R1 et R2 suivant 2 directions orthogonales Phénomènes de surface
Loi de Laplace : Membrane cylindrique R1=R; R2 = ∞ Phénomènes de surface
3 Mouillabilité Phénomènes de surface
Liquide en contact d’un solide dfliq Air dRN Liquide dfliq/solide dfsolide Θ I Solide dP Phénomènes de surface
Angle de mouillage Phénomènes de surface
Mouillabilité parfaite 0 ≤ θ ≤ π/2 θ fsolide prépondérante eau Plaque de verre Plaque de verre Θ < π/2 Θ ≈ 0° Mauvais étalement Mouillabilité parfaite Phénomènes de surface
Mouillabilité imparfaite π/2 ≤ θ ≤ π fsolide/liq prépondérant mercure θ Θ ≈ π Θ > π/2 Pas d’étalement Mouillabilité nulle Phénomènes de surface
QCM5 La loi de Laplace s’écrit ΔP=σ(1/R2 -1/R1), R1 et R2 sont les rayons de courbures principaux de la surface Pour une sphère, la loi de Laplace s’écrit ΔP=σ(1/R), R est le rayon de la sphère Pour une sphère, la loi de Laplace s’écrit ΔP=2σ(1/R), R est le rayon de la sphère Pour une surface plane, la loi de Laplace s’écrit ΔP=∞ Pour un cylindre, la loi de Laplace s’écrit ΔP=2σ(1/R), R est le rayon du cylindre Phénomènes de surface
QCM6 Déposé sur une plaque de verre, le mercure a tendance à s’étaler Dans une goutte d’eau sur une plaque de verre, la TS résultante est dirigée vers le liquide L’angle de raccordement d’une interface verre-mercure dans l’air est aigu Le mercure est un liquide mouillant L’étalement est parfait si l’énergie de cohésion compense l’énergie d’adhésion Phénomènes de surface
QCM7 Le sang, de viscosité égale à 3.10-3 Poiseuille, circule entre les points 1 et 2, dans une artère horizontale de rayon égal à 1mm. La pression artérielle en 1 est P1 = 100 mmHg, Ts est la tension superficielle. P1 = 10000 Pa P1 = 13300 Pa Ts = 13,3 Pa.m Ts = 6,65 Pa.m Ts = 13,3 N/m Phénomènes de surface
QCM8 Δ P=Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=2Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=Ts(1/R2 -1/R1) Entre les points 1 et 2 apparaît une bulle sphérique d’azote de rayon extérieur R1 =4 mm et de rayon intérieur R2 = 1mm. Δ P=Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=2Ts(1/R1 +1/R2) Δ P=Ts(1/R2 -1/R1) Δ P=20.103 Pa Δ P=33,3.103 Pa Phénomènes de surface
4 Ascension capillaire- Loi de Jurin Phénomènes de surface
La capillarité θ θ σ Ascension 0 ≤ θ ≤π/2 h h Eau Mercure Abaissement π/2 ≤ θ ≤π h h θ θ σ Eau Mercure Phénomènes de surface
Loi de Jurin r θ A R h B θ D σ C Phénomènes de surface
Exemple 4 Quelle sera la hauteur atteinte dans un tube capillaire de diamètre intérieur égal à 0,2 mm s’il est plongé verticalement dans du mercure propre et non mouillant ? σ(Hg) = 420 mJ.m-2 ; d (Hg)= 13,6 Phénomènes de surface
Exemple 4 Phénomènes de surface
L’embolie capillaire … Soit un plongeur se trouvant à une certaine profondeur : ΔP= ρgh = 1 atm /10m de profondeur. A 40 m : la pression du gaz pulmonaire=5 atm 5 fois plus d’azote dissous dans le sang : vi = sPi V= 0,023 .0,8 .5. 4,5 S’il remonte brutalement à la surface : vf = s.Pi’V =0,023. 0,8.1.4,5 Phénomènes de surface
L’embolie capillaire … Δv = vi - vf = 0,023. 4,5 . 0,8 (5 – 1) = 0,023. 4,5 . 0,8. 4 = 0,33 L = 330 cm3 d’azote à l’état gazeux en formant des bulles dans les capillaires sanguins. Phénomènes de surface
L’embolie capillaire … Pa Pa Flux sanguin Flux sanguin Phénomènes de surface
QCM9 La loi de Jurin fait intervenir la masse volumique du liquide La loi de Jurin permet de calculer l’abaissement de l’eau dans un tube capillaire L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle à la tension superficielle L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est proportionnel au rayon du tube L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est inversement proportionnel au rayon du tube Phénomènes de surface
QCM10 Concernant la loi de Jurin Le liquide est soumis à 2 forces : le poids et la force en rapport avec la tension superficielle Pour un liquide mouillant la hauteur h correspond à une élévation de liquide Elle s’applique aux tubes capillaires L’angle de raccordement est égal à 90° La hauteur h, correspondant à la variation de hauteur de liquide dans le capillaire, dépend de la pression atmosphérique Phénomènes de surface
QCM11 La loi de Jurin ne s’applique qu’aux liquides mouillants La loi de Jurin permet de calculer l’abaissement de l’eau dans un tube capillaire L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle à la tension superficielle L’abaissement de l’eau dans un tube capillaire est proportionnel au rayon du tube L’élévation de l’eau dans un tube capillaire est proportionnelle au diamètre du tube Phénomènes de surface
QCM12 Concernant le surfactant pulmonaire : A. La surpression régnant dans une alvéole est 4σ/ r. B. Le surfactant pulmonaire est nécessaire au maintien de l’étendue de l’interface air/capillaire. C. Le surfactant est très soluble dans l’eau, donc il diminue la tension superficielle dans l’alvéole. D. Lors de l’inspiration, la surface de l’alvéole tend à augmenter, ce qui entraîne la dilution du surfactant, ce qui a tendance à faire augmenter la tension superficielle. E. S’il n’y avait pas de surfactant les petites alvéoles possèderaient une surpression supérieure à celle des grandes et auraient donc tendance à augmenter de taille. Phénomènes de surface
QCM13 Les solutés diminuant la tension superficielle sont des solutés de faible affinité avec le solvant. Le surfactant pulmonaire est un soluté tensioactif qui diminue la surpression dans l’alvéole. Les solutés tensioactifs qui diminuent la tension superficielle sont en général des molécules bipolaires. Une goutte d’eau dans l’air a une surpression d’autant plus grande que son rayon est grand. La fusion de deux gouttes d’eau nécessite un apport d’énergie. Phénomènes de surface
QCM14 On utilise un compte-gouttes avec deux solutions A et B A. Si A et B ont la même affinité pour le compte-gouttes et que σA>σB (σ=tension gaz/liquide), un volume V de la solution A donnera plus de gouttes que le même volume de B. B. Si σA=σB et que la solution B est plus affine pour le compte-gouttes que la solution A, un volume V de la solution A donnera plus de gouttes que le même volume de B. C.Si on augmente la température, il se formera plus de gouttes. D. Le volume de chaque goutte dépend, entre autres, des affinités gaz/liquide ; gaz/solide ; solide/liquide. E. Plus l’affinité avec le solide sera grande, plus le volume d’une goutte sera important. Phénomènes de surface
QCM15 Les embolies ont plus de répercutions dans les capillaires que dans les gros vaisseaux. Les bulles s’accrochant contre la parois vasculaire, la pression en aval de la bulle peut devenir nulle et donc entraîner un arrêt de la circulation. Les embolies gazeuses sont le plus souvent provoquées par l’action de bulles disposées les unes à la suite des autres. Lorsqu’une bulle est présente dans un vaisseau, si l’interface air/sang en amont est très aplatie, cela signifie que la différence de pression entre l’amont et l’aval de la bulle est très élevée. Plus une bulle est accrochée à la paroi vasculaire plus le rayon de la bulle en amont se rapproche de 0. Phénomènes de surface
VISCOSITE DES LIQUIDES ET DES SOLUTIONS & HEMO-RHEOLOGIE CHAP. 7 VISCOSITE DES LIQUIDES ET DES SOLUTIONS & HEMO-RHEOLOGIE Viscosité & Hémo-rhéologie
VISCOSITE ET CISAILLEMENT 1 VISCOSITE ET CISAILLEMENT Viscosité & Hémo-rhéologie
Viscosité Résistance électrique Notion de viscosité Repos Déplacement R RH Viscosité Résistance électrique
F=Force de cisaillement v dz v - dv F v - 2 dv
Coefficient de viscosité
Unités de viscosité
VISCOSITE DES SOLUTIONS 2 VISCOSITE DES SOLUTIONS
Fluides newtoniens Viscosité Non newtonien Newtonien Taux de cisaillement
Viscosité de liquides purs T = 20 °C Eau 10-3 Pa.s Ethanol 1,1 10-3 Pa.s Benzène 0,6 10-3 Pa.s
Solutions micromoléculaires = 0 AM = viscosité de la solution 0 = viscosité du solvant pur A = une constante variable avec la nature du soluté M = molarité
Solutions macromoléculaires… = 0 (1 + k Φ ) Φ: volume relatif occupé par les macromolécules dans la solution (le complément étant le volume occupé par le solvant) k : coefficient qui dépend de la forme des macromolécules et notamment de leur allongement
Solutions macromoléculaires b a k=2,5 si a/b=1 k=14 si a/b=10 k=600 si a/b=100
LES DEUX REGIMES D’ECOULEMENT DES LIQUIDES VISQUEUX 3 LES DEUX REGIMES D’ECOULEMENT DES LIQUIDES VISQUEUX
Nombre de Reynolds
Paramétres du nombre de Reynolds = Masse volumique fluide = Viscosité D = Diamètre du conduit U = Vitesse d’écoulement
Reynolds est adimensionnel Re = [kg.m-3] . [m.s-1] .m [kg.m-1.s-1]
Régime laminaire (Ecoulement lent) Régimes d’écoulement Régime laminaire (Ecoulement lent) Régime turbulent (Ecoulement rapide)
Régimes d’écoulement Laminaire (Silencieux) Turbulent ( Bruyant)
Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement Pour les faibles nombres de Reynolds, le régime d’écoulement des fluides est laminaire Pour les grands nombres, le régime est turbulent.
Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement(2) Re < 2400 (environ) Ecoulement toujours laminaire Re > 10000 (environ) Ecoulement toujours turbulent
Influence du Reynolds sur le régime d’écoulement(3) Pour les valeurs intermédiaires, l’écoulement est instable, et dépend beaucoup des conditions expérimentales Le passage laminaireturbulent passe par un régime transitoire
4 LOI DE POISEUILLE
Force de frottement Fp V FV L r Frottement Pression
Profil de vitesse du fluide
Profil des vitesses Vmax 2R
Loi de Poiseuille
Résistance et Puissance mécanique