[PDF] BIOPHYSIQUE DES SOLUTION Biophysique (physico-chimique/physique) rappels

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BIOPHYSIQUE DES

SOLUTIONS

Mme H.Allouache

PROGRAMME

1-Généralités sur les solutions

Les mélanges homogènes et hétérogènes: Définitions Composition quantitative et qualitative des solutions

Formation des solutions

Les solutions idéales, les solutions diluées et les solutions concentrées

PROGRAMME

2-Propriétés générales des solutions micromoléculaires

Propriétés colligatives

Propriétés électriques

Propriétés optiques

PROGRAMME

3-Les solutions macromoléculaires et des colloïdes

3.1 Les biopolyméres en solution Notion de conformation et

nature des forces impliquées dans la conformation

3.2 Propriétés des solutions macromoléculaires

Propriétés cinétiques

Propriétés colligatives

Propriétés électriques

Propriétés optiques

PROGRAMME

4-Diffusion en phase liquide

Loi de Fick applications médicales

BIBLIOGRAPHIE

Biophysique (physico-chimique/physique) rappels cours exercices et QCM corrigés par Jacques René Magné, Rose-Marie Magné-Marty collection PCIM ellipses

Biophysique 3 édition A,Aurengo et T,Petitclerc

BIOPHYSIQUE Générale et Médicale par François Grémy et François Leterrier (Flammarion Médecine-sciences)Pour les sciences de la vie et de santé PCEM/LICENCE Sous la direction de Xavier Marchandise Laurence Bordenave Jaques de certaines Yvon Grall Ilana Idy-Peretti

Biophysique cours, exercices, annales et QCM corrigés par salah Belaereg rémy perdrisot et jean yves bounaud

Biophysique par david Farhit Ruben Smadja ESTM

MECANIQUE DE FUIDES EXERCICES CORRIGES AVEC RAPPEL DE COURS TOME I ( I·O\GURVPMPLTXH O·O\GURG\QMPLTXH HP OHV VROXPLRQV NLQMLUHV SMU 06B 0MMOHP

BILIOGRAPHIE

I. GÉNÉRALITÉS SUR LES SOLUTIONS

Définition:

liquidejusquaustademoléculaire.

UN MÉLANGE

L introduction dans un même récipient de deux ou plusieurs substances (corps) qui n'ont pas forcément le même état: forment un mélange. XQ ŃRUSV SXU HVP IRUPp G·XQ VHXO ŃRQVPLPXMQP

UN MÉLANGE

mélange Corps pur Corps pur Corps pur

LE MÉLANGE

des substances que l'on peut distinguer les unes des autres.

Mélange homogène

des substances que l'on ne peut pas distinguer les unes des autres.

Mélange hétérogène

QU·EST UN MÉLANGE HOMOGÈNE ?

Le mélange est homogènedont les substances ou les espèces chimiques qui le composent sont dans à la même phase

Chaque mélangehomogène est appelé phase.

Dans un mélanges Homogèneon peut pas séparer les différents constituants ni par filtrationnipar décantation La dispersion totaleG·XQ ŃRUSV GLVVRXV GMQV XQ PLOLHX convenable forme un mélange homogène.

MÉLANGE HÉTÉROGÈNE

Un mélange de esthétérogènesi les espèces chimiques qui le composent sont dans des phases différentes. Un mélange esthétérogènesi on peut distinguer les différents constituants. La filtration ou la décantation permet de séparée les GLIIpUHQPV ŃRQVPLPXMQPV G·XQ PpOMQJH OpPpURJqQHB

GÉNÉRALITÉS

Un mélange est hétérogène si l'on distingue au moins deux ŃRQVPLPXMQPV j O·±LO QXB 6L QRQ c'est un mélange qui peut être homogène.

Deux liquides non miscibles constituent un mélange hétérogène.

Deux liquides PLVŃLNOHV ÓXVTX·MX VPMGH PROpŃXOMLUH constituent un mélange homogène.

La décantation et la filtration permettent de séparer les matières solides des matières liquides d'un mélange hétérogène.

L'évaporation et la distillation permettent de séparer les constituants d'un mélange homogène par passage à l'état gazeux du (ou des) liquide(s) du mélange.

UN MÉLANGE PEUT ÊTRE :

monophasique gaz-gaz liquide-liquide solide-solide biphasique deux phase différentes (gaz-liquide solide-liquide) multiphasique liquide-solide-gaz ( les boisons gazeuses )

L·AIR EST UN MÉLANGE

Mélange monophasé composé de deux types de molécules différentes

REVENONS AU SOLUTION

¾0pOMQJH ORPRJqQH ÓXVTX·MX VPMGH PROpŃXOMLUH ŃRQVPLPXpV G·MX PRLQV GH GHX[ ŃRPSRVpV OH SOXV VRXYHQP O·XQ GHV ŃRPSRVMQPV HVP QHPPHPHQP SOXV abondant.

¾5HSUpVHQPH XQ VPMGH XOPLPH G·XQ pPMP GLVSHUVpB

UNE SOLUTION

FRQVPLPXp G·XQ RX SOXVLHXUV solutés dans un solvant ¾Le solvant est généralement liquide parfois gazeux est rarement solide ¾Le soluté peut être solide ,liquide ou gaz. Le solvant et le soluté peuvent être considérés chimiquement actifs Mis en contact, il se produit une réaction chimique jusqu'à un état d'équilibre. solutés solvant solution

LES SOLVANTS

Il existe un nombre infini de solvants et sont

différenciés selon leur polarité: ƒLes solvants moléculaires Parmi les solvants moléculaires polaires, on peut citer l'eau et l'isopropanol (alcool). ƒLes solvants organiques, sont constitués de molécules non chargées ƒLes solvants ionisés sont formés de cations et d'anions, et de ce fait ont une bonne conductivité électrique.

REMARQUE

La polarité d'un solvant est l'une de ses caractéristiques importantes qui déterminent son choix pour un soluté donné

Un solvant peut être constitué de plusieurs liquides.

SOLUTION SOLIDE

MÉLANGE SOLIDE-SOLIDE

I·MGÓRLQP GH O·MGÓHŃPLI VROLGH GpVLJQH XQ mélange homogène en phase solide

Certains métauxsont solublesles uns dans les autres et se solidifient. Si un tel mélange peut se solidifier pour différentes proportions des deux métaux, on dit que ces derniers forment une solution solide.

IRUVTX·MX PRLQV O·XQ GHV pOpPHQPV HQ ÓHX HVP XQ PpPMO RQ SMUOH MORUV G·alliage.

LES SOLUTIONS SOLIDES

Deux types sont observés:

¾6ROXPLRQV VROLGHV G·LQVHUPLRQ les atomes du soluté se placent dans les interstices de la maille cristalline du solvant Exe les alliages fer-carbone) ¾Solutions solides de substitution: Les atomes de soluté SUHQQHQP OHV HPSOMŃHPHQPV G·MPRPHV GX VROYMQP GMQV OM maille cristalline du solvant.

MÉLANGE LIQUIDE-LIQUIDE

Deux liquide miscible (soluté +solvant) est caractérisé par le titre de la solution et non par sa concentration

MÉLANGE LIQUIDE -LIQUIDE

Deux cas peuvent être présenter:

¾Les liquides sont miscible en toutes

proportions: le titre entre 0 et 100ΨExe:

O·pPOMQRO HP O·HMX.

¾Les liquides ne sont pas miscibles en toute

proportions ([H OH SOpQRO GMQV O·HMX

MÉLANGE ²LIQUIDE ²LIQUIDE

(LIQUIDES NON MISCIBLE) ¾OH PpOMQJH UHVPH ORPRJqQH ÓXVTX·XQH ŃHUPMLQH valeur du titre ¾Après cette valeur il Q·KM plus de dissolution ¾On RNVHUYH O·MSSMULPLRQ G·XQH VHŃRQGH ŃRXŃOH liquide contrairement à la première renferme plus de soluté que de solvant -état de saturation-

MÉLANGE GAZ-LIQUIDE

™([H O·HMX ŃMUNRQMPp HVP PpOMQJH JM] ŃMUNRQLTXH-liquide eau)

™William Henry a remarqué que la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression que le gaz exerce sur le liquide.

™Chaque gaz doit être pris en compte individuellement en SUpVHQŃH G·XQ PpOMQJH JM]HX[B

™I·MQO\GULGH carbonique qui est un gaz utilisé dans les boissons carboniques: est un exemple de soluté gaze se GLVVROYMQP GMQV O·HMX F·HVP la preuve que les solutés SHXYHQP VH SUpVHQPHU VRXV Q·LPSRUPH TXHO pPMP G·MJUpJMPLRQ de la matière

LE SANG EST UN MÉLANGE HOMOGÈNE OU

HÉTÉROGÈNE?

Mélange homogène à O·±LO QXMélange hétérogène au microscope

UNE SUSPENSION

8Q pPMP GMQV OHTXHO LO H[LVPH MX VHLQ G·XQH

solution, des amas moléculaires de taille et de masse si faible que ceux-ŃL Q·RQP SMV tendance à sédimenter spontanément, mais

VRQP PMLQPHQXV HQ VXVSHQVLRQ j O·pPMP GLVSHUVp

de façon stable au temps par simple agitation thermique des molécules qui les entourent.

UNE SUSPENSION

Mélange hétérogène en deux phases,

O·XQH GLVSHUVMQPH ŃRQPHQMQP O·MXPUH SOMVH

GLVSHUVpH j O·pPMP GH SMUPLŃXOHV SOXV RX

moins fines de diamètre d (d > 1000 A°)

EXEMPLE: LE SANG

Le sang est une suspension de cellules (globules rouges, globules blanche, plaquettes) dans une solution (plasma) par ce que du fait GH O·MJLPMPLRQ GX à la circulation VMQJXLQH GMQV OHV YMLVVHMX[ Q·RQP SMV tendance à sédimenter spontanément.

$NVHQŃH G·ORPRJpQpLPp PROpŃXOMLUH

CLASSIFICATION DES SOLUTION SELON LA

TAILLE DE PARTICULES

Solution

micromoléculaire (cristalloïdes)

10Å

Microscope

électronique

Quelque dizaine

d·atomes

Exe: urée, glucose, Na

Cl

Colloïdes

(pseudo-solutions)

Grosse molécules

Pas une vraie

solution (suspension)

Exe: le sang,

albumine humaine,

FFp (plasma frai

congelé),gélatine

Solution

macromoléculaire

3000Å

Microscope optique

Entre ͳ-ଷet ͳ-ଽ

atomes

Exe: ADN

Solution

micromoléculaire (cristalloïdes)

‡10Å

‡Microscope

électronique

‡Quelque dizaine

G·MPRPHV

‡Exe: urée,

glucose, Na Cl

‡Grosse molécules

‡Pas une vraie

solution (suspension)

‡Exe: le sang,

albumine humaine, FFp (plasma frai congelé),gélatine

Solution

macromoléculaire

‡3000Å

‡Microscope

optique

‡Entre ͳ-ଷet ͳ-ଽ

atomes

‡Exe: ADN

CLASSIFICATION DES SOLUTION SELON LA

CHARGE DES SUBSTANCES

Solution neutre

Les corps dissous sont

électriquement neutres

(molécules)

Pas de conduction du

courant (fort résistance)

Exe: le glucose

Solution électrolytique

Substances chargés

(ions cation ou anion).

Solution conduise le

courant électrique (résistance faible)

SOLUTION RÉAL

2Q PLOLHX OLTXLGH LO Q·HVP SMV SRVVLNOH GH QpJOLJHU

O·XQH GHV pQHUJLHV GH OLMLVRQV RX O·MJLPMPLRQ

POHUPLTXH GHYMQP O·MXPUHB

La prise en compte des liaisons intermoléculaires est très complexe dans les liquides non pures (diversité des énergies de liaisons).

SOLUTION IDÉAL

La dissociation (séparation) des substances qui forme une solution se fait sans dégagement ou absorption de chaleur.

I·pQHUJLH GH OLMLVRQ HVP OM PrPH HQPUH PRXPHV OHV molécules (solvant ²solvant solvant-soluté et soluté-soluté)

une solution idéale correspond à un mélange de deux VXNVPMQŃHV V·HIIHŃPXMQP VMQV variation de volume et sans effet thermique.

SOLUTION CONCENTRÉ

IRUVTXH OH YROXPH GH VROXPp Q·HVP SOXV

négligeable devant celle du soluté on parle

G·XQH VROXPLRQ ŃRQŃHQPUp

Forte présence de soluté

SOLUTION DILUÉ

Lorsque la concentration des solutés

dans une solution est très faible on dit que la solution est dilué.

Le volume de soluté est beaucoup très

faible ou presque négligeable devant celle de solvant

LA DILUTION

Définition F·HVP O·MÓRXP G·XQ VROYMQP GMQV XQH solution pour diminuer la concentration La solution finale est appelée solution fille par contre la solution initiale est dite solution mère Lors de la dilution, la quantité de matière de soluté est conservée donc : Cf×Vf=C i×Vi= n Ń·HVP OM ORL GH GLOXPLRQ

EXEMPLE:

On ajoute sans variation de volume

80 mLG·HMX j 20 mLG·HMX VXŃUpH

j 80 JBIï1B

Que sera la concentration

massique de la nouvelle solution?

CORRIGÉ:

On procède à une dilution.

$X ŃRXUV G·XQH GLOXPLRQ LO Q·\ M SMV GH YMULMPLRQ GH quantité de matière, alors m (sucre) initiale = m (sucre) finale Comme la concentration massique est telle que : C =m/V alors : Ci.Vi= Cf.VfSoit :Cf= Ci (Vi/Vf), avec Vi= 20 mLet Vf= 20 + 80 = 100 mL

Application numérique :

Cf = 80 ×20/100 = 16 g.Lï1.

SOLUTION SATURÉE

Au-delà d'une certaine quantité de soluté rajouté à la solution, il n'y a plus dissolution de ce dernier on dit que la solution a

MPPHLQP VRLP SRLQP PM[LPMOH G·MNVRUSPLRQ

donc elle est saturée la quantité maximale du composé qui peut être dissous dans la solution

SOLUBILITÉ

¾La solubilité d'un composé dans un solvant donné à température et pression données est la quantité maximale du composé qui peut être dissous dans la solution. ¾La solubilité de la plupart des substances augmente avec la température du solvant. ¾La VROXNLOLPp HVP OM PHVXUH GH OM ŃMSMŃLPp G·XQH VXNVPMQŃH j VH GLVVRXGUH HQ XQH MXPUH Ń·HVP-à-dire, sa capacité pour agir en tant que soluté). Cette mesure peut être exprimée en moles par litre, grammes par litre ou en pourcentage de soluté.

A RETENIR

Pour TX·XQ soluté soit soluble dans un

solvant LO IMXP TX·LO H[LVPH HQPUH OHV SMUPLŃXOHV du soluté et celles du solvant des forces

G·MPPUMŃPLRQ.

I·HMX HVP XQH PROpŃXOH SROMLUH HOOH H[HUŃH GHV IRUŃHV G·MPPUMŃPLRQ LPSRUPMQPHV VXU OHV particules de presque touts solutés, O·HMX est un bon solvant.

SOLUBILITÉ ÉLEVÉE

Les solutions dont les molécules sont

structurellement similaires à celles du solvant ont en général la solubilité la plus élevée. Par exemple, l'éthanol (C2H5OH) et l'eau (HOH) ont des molécules structurellement similaires et sont extrêmement solubles l'un dans l'autre.

SOLUTION AQUEUSE

ƒDans une solution aqueuseLe solvant est O·HMX.

ƒDans les milieux biologiquele solvantest

généralement O·HMX. ƒLes milieux biologiquesont des solutions aqueuses.

I·($8 (7 I(6 62I87e6 G$16 I·25*$1H60(

I·HMX HVP OH ŃRQVPLPXMQP OH SOXV MNRQGMQP GHV rPUHV vivants : On distingue au moins deux compartiments OLTXLGLHQV GH UpSMUPLPLRQ GH O·HMX GMQV O·RUJMQLVPH

1.Le compartiment cellulaire

2.le compartiment extracellulaire

séparés par une membrane cellulaire qui permet de maintenir la différence de composition entre ceux-ci

I·($8 G$16 I·25*$1H60(

I·HMX UHSUpVHQPH 60-70%du corps corporel, elle se repartit en:

™Eau intercellulaire(Eau cellulaire) 40% du poids corporel (30Lpour un adulte de 70kg) c.-à-d. 60% de

™Eau extracellulaire 20% du poids corporel c.-à-d. 40%

¾¾ en eau interstitielle=16% (12L)

¾¼ en eau plasmatique 4,5 % (3L)

EAU TOTAL

GMQV O·HVSqŃH OXPMLQH O·HMX UHSUpVHQPH HQYLURQ 60 et 70% du poids corporel individu à un autre (entre femme homme , vieillard- enfant , obèse-maigre) Il est largement fonction de la quantité de tissu adipeux qui ne contient que 10%

62I87e6 G$16 I·25*$1H60(

On distingue classiquement :

¾Les solutés ionisés

¾Les solutés neutres

SOLUTÉS IONISÉS DANS

I·25*$1H60(

Dont la dissociation en milieu aqueux

(biologique) a ŃRQGXLP j OM IRUPMPLRQ G·LRQV positifs (cations) et négatifs (anions) en concentrations équivalente égales.

LES CATIONS LES PLUS ABONDANTS DANS

I·25*$1H60(

En ce qui concerne les cations seuls le

sodium, le potassium, le calcium ont des

ŃRQŃHQPUMPLRQV PROMLUHV TXL V·H[SULPH HQ

mmol/l : les concentrations des autres ionsquotesdbs_dbs14.pdfusesText_20

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