Liquides et solutions

LiquidesEtats physiques de la matièreSolutions

Composition quantitative d’une solution

Cas des solutions diluées

Thierry PETITCLERCBiophysique du milieu intérieur

PCEM1 – Université Paris 6

Etats physiques de la matière

Tendance au rassemblement forces de liaison intermoléculaire énergie de liaison EL

Tendance à la dispersion agitation thermique énergie cinétique moyenne EC

EL >> EC EL ~ EC EL << EC

Solide : - cohérent Liquide : - cohérent Gaz : - non cohérent

- indéformable - fluide - fluide

SolutionsDéfinition : mélange liquide homogène jusqu’au stade moléculaire

Suspension Solution

sang argent (dit colloïdal)

macromolécule( ex : ADN)

sucre

Etat « colloïdal »

Composition quantitative d’une solution

a) définitionssolvant : composé le plus abondant (eau en biologie)

solutés : les autres unités cinétiques (molécules ou ions)

Une solution : - en théorie : contient nH2O moles de solvant et nosm = ni moles (unités cinétiques) de i solutés différents (i = 1, 2, …n)

- en pratique : contient une masse mi de i solutés différents (i = 1, 2, …n) dans un volume V de solution.

b) fraction molaire

- eau :

- solutés :

- propriété : fH2O + fS = 1 avec fS = fi

- intérêt : Concept le plus exact (ne fait pas la distinction entre solvant et solutés)

osmH2O

H2O

total

H2OH2O nn

n

n

nf

osmH2O

i

total

ii nn

n

n

nf

c) concentration massique (ou pondérale)(kg/m3 ou g/L)

Intérêt : Concept le plus pratique :

1) Pour analyser une solution : mi grammes de soluté dans un échantillon de volume V litres.

2) Pour préparer une solution (médicament, solution étalon etc.) :

V

mc i

massique

60 g d’eau Poudrecontenant 1,5 gd’antibiotique

60 mL 60 mL

1,5g/0,06kg = 25 g d’antibiotique/ kg d’eau = ? g/L de solution

60 mL

Poudrecontenant 1,5 gd’antibiotique

Eauqsp 60 mL

1,5g/0,06L = 25 g d’antibiotique/L de solution= 125 mg d’antibiotique par cuiller de 5 mL

d) concentration molale

- définition : (mol/kg ou mmol/L d’eau)

- intérêt : est un reflet de la fraction molaire fi

(M0 = masse molaire de l’eau = 0,018 kg/mol)

N.B. : la concentration molale n’est pas rigoureusement proportionnelle à la fraction molaire car fH2O dépend de fi

solvant

imolale m

nc

H2O

i

00H2O

imolale f

f

M

1

Mn

nc

e) concentration molaire

- définition (mol/m3 ou mmol/L)

- intérêt : est plus pratique que la concentration molale car directement liée à la concentration massique.

(Mi : masse molaire du soluté i)

V

nc i

molaire

i

massiquemolaire M

cc

f) concentration osmolale

- définition : (osm/kg ou osm/L d’eau)

- intérêt : est un reflet de la fraction molaire de l’eau

soit :

- propriété : Dans deux solutions d’osmolalité identique, la fraction molaire de l’eau est égale.

solvant

osmosmolale m

nc

H2O

H2O

00H2O

osmosmolale f

f-1

M

1

Mn

nc

osmolale0H2O cM1

1f

g) concentration osmolaire

- définition : (osm/m3 ou mosm/L)

- intérêt : est plus pratique que la concentration osmolale car directement liée aux concentrations molaires et donc aux concentrations massiques.

cosmolaire = cmolaire

V

nc osm

osmolaire

h) concentration équivalente

intérêt : permet d’écrire l’électroneutralité de toute solution.

j anions

jji cations

iieq czczc

Cas des solutions diluées

1) définition : fH2O = 1 à mieux que 1% (fH2O > 0,99)

avec M0 = 0,018 kg/mol

donc : fH2O > 0,99 si cosmolale < 0,56 osm/kg

Toutes les solutions biologiques peuvent être considérées comme diluées.

osmolale0H2O cM1

1f

2) propriétés :a) Dans une solution diluée (fH2O ~ 1), concentration molale et fraction molaire du soluté sont proportionnelles :

en effet :

La différence des fractions molaires d’un soluté entre deux solutions diluées est proportionnelle à la différence de ses concentrations molales.

b) La différence des fractions molaires de l’eau entre deux solutions diluées est proportionnelle à leur différence d’osmolalité.

en effet :

donc :

)f-1(M

1

f

f-1

M

1c H2O

0H2O

H2O

0osmolale

i0H2O

i

0molale f

M

1

f

f

M

1c

H2O0

osmolale fM

1c