Upload
avril-xx
View
107
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Propriétés colligatives des solutions
Pression osmotiqueRappel : la loi des gaz parfaitsDéfinitionSignificationMesure
CryoscopieDéfinitionLoi de RaoultMesure de l’osmolalité plasmatique
Hémolyse et tonicité Thierry PETITCLERCBiophysique du milieu intérieur
PCEM1 – Université Paris 6
Propriétés colligatives des solutions
Définition : propriétés d’une solution permettant de dénombrer ("colligere" = "dénombrer") tout ou partie de ses
solutés.
1) Pression osmotique
a) Préliminaire : pression d’un 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 :
P0 = n RTV
- n moles de gaz parfait dans une enceinte non close (grillage)
Les molécules de gaz s’échappent 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, s’échappe de l’enceinte à travers les pores, sans exercer de pression (P = 0)
DONC P = n R T / V = P0
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 = nS R T / V = R T cS
- pression osmotique de la solution la quantité 0 = S S = R T cosm
La pression osmotique mesure la concentration osmolaire cosm 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 l’eau) est égale des deux côtés.
- 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. - l’autre fraction (1 - S) du soluté traverse les pores sans exercer de pression.
Pression osmotique du soluté : S = R T (S nS) / V = S R T cS = S S0
Pression osmotique de la solution : = S S = S S S0 = R T S S cS
c) Signification de la pression osmotique
- Cas d’une 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 : Qd = - Qf
soit : R T bm-eau Veau S = - (- bm-eau Veau S )
d’où : RT dcosm = dP soit : P = R T Δcosm =
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
Cosm eau pure
PIST
ON
Qf
Qd
P
dPdx
- 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 cS , 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 d’une solution vis-à-vis d’une membrane donnée revient donc à mesurer un flux osmotique (c’est-à-dire un flux volumique diffusif provoqué par une différence d’osmolalité) par la différence de pression hydrostatique nécessaire pour provoquer à travers cette membrane un flux convectif de même importance.
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 cosm
Mesure un phénomène diffusif proportionnel à la température
- Osmomètre de Dutrochet
22,4 cm / (mosm/L) à 0°C
cmH2O = hcm = 24 cm / (mosm/L) à T° ordinaire du laboratoire25 cm / (mosm/L) à T° de l’organisme (37 °C)
Cosm
eau pureQD
h
QF
Cosm
2) Cryoscopie
a) Définition
eau pure à 0°C
solidification = liquéfaction
équilibre
eau salée à 0°C
solidification < liquéfaction
la glace fond
Conclusion : l’eau salée gèle au-dessous de 0°C.
GLACE
EAU
GLACE
EAU
b) Loi de Raoult
= - KC c
avec : : abaissement du point de congélationKC : constante cryoscopique du solvant [- 1,86°C / (osm/kg) pour l’eau] : coefficient d’activité osmotiquec : osmolalité totale de la solution
- solutions diluées : = 1mais non mesurable car trop petit
- solutions non diluées : < 1
Remarques : c = activité osmotiquela cryoscopie mesure l’activité osmotique TOTALE de la solution
c) Mesure de l’osmolalité 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°Cd’où : activité osmotique du plasma : c = - / Kc 290 mosm/kget : coefficient d’activité plasmatique du plasma : 290 / 310 0,94
Remarques : - la mesure de l’osmolalité plasmatique effectuée par le laboratoire est en réalité une mesure de l’activité osmotique.
- en pratique, on confond souvent les valeurs de l’osmolalité totale, de l’osmolarité totale et de l’activité osmotique que l’on approxime à 300 mosm/l.
d) Comparaison entre les propriétés colligatives
- la pression osmotique dénombre les grosses molécules :- car les petites molécules traversent les membranes perméables à
l’eau.
- la cryoscopie dénombre les petites molécules :- car la contribution des grosses molécules à l’osmolarité totale est
négligeable.
3) Hémolyse et tonicité
Membrane dialysante séparant deux compartiments comportant des solutés ne pouvant traverser la membrane en concentrations C1 et C2.
a) 1er cas : membrane indéformable (ou immobile)
Membrane non déformable
C2 < C1
donc QD de 2 vers 1
Membrane immobileétat d’équilibre : Q = 0 car QD = - QF On n’observe pas de variation des volumes des compartiments (ni de leur concentration).On observe une différence de pression hydrostatique P0 [ égale à 0 = R T (C2 – C1) ] qui s’exerce sur la membrane et peut la rompre.
C1 C2
P0
QD
QF
C1
P0
C2
b) 2ème cas : membrane déformable (ou mobile)
Membrane déformable
C2 < Ceq < C1
Membrane mobile
situation d’équilibre : Q = 0 car QD = QF = 0On n’observe pas de variation des pressions.On observe une variation des volumes (cf troubles de l’hydratation).
P = 0
Ceq Ceq
P = 0
Ceq Ceq
c) 3ème cas : membrane insuffisamment déformable (ou insuffisamment mobile)
Membrane insuffisamment extensible
C2 < C’2 < Ceq < C’1 < C1
Membrane insuffisamment mobile
situation d’équilibre : Q = 0 car Q’D = - Q’F On observe une variation des volumes (et donc des concentrations) jusqu’à la limite possible pour les volumes, puis apparaît une différence de pression hydrostatique P [ égale à = R T (C’2 – C’1) < P0 ] qui s’exerce sur la membrane et peut la rompre (cf globule rouge : turgescence jusqu’à la sphérocytose, puis apparition de P pouvant entraîner l’hémolyse).
C’1 C’2
P’
C’1 C’2
P’
Q’DQ’F
d) Hémolyse
solution de NaCl
9 g/l 0,15 M 300 mosm/L ISOTONIQUE
TURGESCENCE (pas d’hémolyse)
6 g/l 0,1 M 200 mosm/L faiblement HYPOTONIQUE
HEMOLYSE PARTIELLE
3 g/l 0,05 M 100 mosm/L fortement HYPOTONIQUE
HEMOLYSE TOTALE
0 g/l 0 M 0 mosm/L