Formation Physique PASS :

Physique de la matière, les solutions et leurs propriétés colligatives

Plan de la formation

1. La molarité et les solutions électrolytiques (diapo 4)

​

• Propriétés thermodynamiques thermorégulation (diapo 9)

​

• Les gazs (diapo 15)

​

• Membranes et isotonicité (diapo 21)

La molarité et les solutions électrolytiques

Quelques définitions :

La molarité, m : nombre de moles de molécules d’un soluté par litre de solution. (mol/L)

La molalité, m’ : nombre de moles de molécules par

kg de solvant. (mol/kg)

m = c/

; avec c une concentration et M une

masse molaire

ATTENTION AUX UNITÉS!

m = c/M

La molarité et les solutions électrolytiques

Quelques définitions :

La molalité, m’ : nombre de moles de molécules par

kg de solvant. (mol/kg)

où V est le volume de solution et b le covolume du soluté

ATTENTION AUX UNITÉS!

m’ = V/V-b

Les solutions électrolytiques

- Dissociation de molécules en ions, souvent accompagné de mécanismes d’hydratation.

-> ∃ ainsi un coefficient de dissociation α

- Coefficient d’ionisation :

i = 1 +

α (p-1)

Exemple : NaCl dans une solution aqueuse. α = 0,9. On cherche i.

NaCl -> Na⁺ + Cl^- donc p = 2 car NaCl se dissocie en 2 ions monovalents. i = 1 + 0,9 (2-1) = 1,9

Les solutions électrolytiques

La concentration équivalente, C_eq correspond à la molarité de la molécule initiale multipliée par la charge de l’ion, multiplié par le coeff stoechiométrique de celui-ci.

Exemple : Le Na₂SO₄ à 1mmol/L donnez le Ceq de l’ion Sodium. _Na 2-

₂SO₄ -> 2Na⁺ + SO₄ donc Ceq(Na⁺) = 10^-3 x 2 x 1 = 0,002 Eq/L

^{Ceq = m}sol ^{x nb}ion formé ^{x e} ion

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2017

A. Données : V = 100 x 10^-3=0,1 L et m = 0,250 g ; M = 125 g/mol et alpha = 0,6

on veut utiliser : molarité = c/M donc on cherche c. c = m/V = 0,250/0,1 = 2,5 g/L

D’où molarité = 2,5/125 = 0,02 mol/L = 20 mmol/L → FAUX

3 3

B. Données : CaNaNO -> Ca²⁺ + Na⁺ + NO ^3- ; molarité = 0,02 mol/L

Ceq = 0,02 x 3 x 1 = 0,06 Eq/L = 60 mEq/L → FAUX

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2017

3 3

C. Données : CaNaNO -> Ca²⁺ + Na⁺ + NO ^3- ; molarité = 0,02 mol/L

Ceq = 0,02 x 2 x 1 = 0,04 Eq/L = 40 mEq/L → VRAI

3 3

D. Données : CaNaNO₃-> Ca²⁺ + Na⁺ + NO ^3- ; molarité = 0,02 mol/L

Ceq = 0,02 x 1 x 1 = 0,02 Eq/L = 20 mEq/L → FAUX

E. osm = i x m, or i = i = 1 + α (p-1) avec alpha = 0,6 et p = 3 d’où i = 1 + 0,6(3-1) i = 2,2 et m = 20 mmol/L donc osm = 2,2 x 20 = 44 mosm/L → VRAI

Propriétés thermodynamiques thermorégulation

Le volant thermique : inertie de l’eau qui ne va pas se réchauffer aussi vite que d’autre molécules, elle va donc résister à l’augmentation de température

Rappel : 1 calorie = 4,1868 Joules

Propriétés thermodynamiques thermorégulation

La thermolyse (peau, poumons) : en passant de l’état liquide en état vapeur va dépenser une certaine énergie, modulant ainsi les variations de température.

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2019

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2018 Correction

1. Vrai : Selon la formule 𝑸=𝑪×𝒎×𝚫𝒕, sachant que C= 0,8 cal/g et m= 50.10^3 g et Q= 100 000 cal

​

​

• Vrai:En employant le même raisonnement pour cette masse d’eau pure ayant elle une chaleur massique de 1 cal/g, on obtient .

​

​

• Faux: La chaleur latente de vaporisation 𝑳𝒕 de l’eau correspond, selon la formule 𝑸=𝒎×𝑳 donc on cherche à éliminer un apport de 100000 calories:

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2018 Correction

D. Faux: Cf. item C. La chaleur latente de vaporisation est la même aussi bien pour l’eau vaporisée par le corps humain que pour l’eau vaporisée par une masse d’eau pure: soit dans notre cas 200 mL.

​

E Faux:L’eau dans le corps humain est présente essentiellement sous forme libre.

Les gazs

Quelques rappels de valeurs :

1 atm = 760 mmHg = 10 mH₂O = 1013 hPa = 1,013 bar

= 101 325 N/m²

1 L = 1 dm³

1 mole exerce une pression de 22,4 atm à 0 °C

​

=> La résolution de QCM suffit, sur ce chapitre, à maîtriser la notion !!

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2018

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2018

Correction :

1. On a une mole de gaz à 0 °C, la pression exercée est donc de 22,4 atm donc si on multiplie le volume par 20 (de 1 à 20L), la pression sera donc divisée par 20, d’où 22,4/20 = 1,12 atm, VRAI

​

• 112 dm³ = 112 L or dans 1L on a 22,4 atm de pression donc si on multiplie le volume par 112, on divise la pression à 1L par 112. D’où : 22,4/112 = 0,2 atm, VRAI

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2018

Correction :

3. Pour cette question, on multiplie la fraction par 22,4 atm et on remplit le tableau :

→ VRAI

​

​

4. L’air au bord de la mer développe une pression partielle en oxygène égale à 0,2 atm → FAUX
5. La pression est trop importante pour pouvoir être utilisée en bouteille de plongée, FAUX

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2017

Exercice : annale Maraîchers Janvier 2017

Correction :

1. VRAI, on lit le tableau suivant :

​

​

• VRAI
• Ici les 2 valeurs ont été inversées. Si on passe par le calcul : d’après l’énoncé, on sait qu’il nous reste 0,6 - 0,45 = 0,15 bar dans notre mélange. On a deux fois plus de moles de CO2 que d’H20 donc le CO2 exerce 2 fois plus de pression que l’eau. 0,15/3 = 0,05 puis on trouve la fraction en divisant la pression partielle par la pression totale -> FAUX
• Idem que C, les deux valeurs ont été inversées, FAUX
• 1/12 x 3 = 1/4 donc FAUX

Les Échanges : interposition d’une membrane

La membrane peut être :

• Artificielle : plaques, fibres creuses…
• Biologique : paroi capillaire, membrane alvéolocapillaire, membrane cellulaire, péritoine, muqueuses

Différents types de membrane:

diapo issue du cours de M.Tafani

Les Échanges : interposition d’une membrane

Les molécules qui ne diffusent pas sont osmotiquement active.

La molécule osmotiquement active peut être :

• macromolécule neutre
• macromolécule chargée
• micromolécule neutre
• ion

Pour les électrolytes:

diapo issue du cours de M.Tafani

Ismoosmoticité et isotonie

• Isoosmotiques : concentrations égales en particules donc une même pression osmotique à travers une membrane semi-perméable parfaite (passage solvant). (même concentration en particules)
• Isotoniques : pas de passage du solvant de A vers B à travers une membrane biologique. Isotonie : pas de flux

Si passage de solvant de A vers B, alors A est hypotonique par rapport à B et B est

hypertonique par rapport à A.

Ismoosmoticité et isotonie

Exemple :

Soit 2 solutions qui contiennent chacune 1 mmol de NaCl, donc qui au final contiennent 2 mosm de Na Cl lorsque les particules sont dissociées, si à la première on ajout 1 mosm d’urée, ces 2 solutions ne sont donc pas isoosmotiques.

Si on met une membrane biologique, l’urée va diffuser librement entre les 2 parties des membranes. Ici les solutions seront isotoniques.

​

​

Donc 2 solutions qui ne sont pas isoosmotiques peuvent être isotoniques.

Ismoosmoticité et isotonie

diapo issue du cours de M.Tafani

Des questions ?

Plan

I.

A.

B.

​

C.

D.

E.

II.

(Diapo 30)

(Diapo 35)

(Diapo 43)

(Diapo 48)

(Diapo 52)

(Diapo 53)

I. A. Gaz parfaits

I. A. Gaz parfaits

pv=nRT

I. A. Gaz parfaits

I. A. Gaz parfaits

I. A. Gaz parfaits

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’ équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’ équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

I. B. Calculs de molarité, osmolarité/lité, d’équivalences

Osm = m x i

I. C. Pression osmotique et mesure

I. C. Pression osmotique et mesure

I. C. Pression osmotique et mesure

I. C. Pression osmotique et mesure

I. C. Pression osmotique et mesure

-

​

​

-

I. D. Notion d’interface

I. D. Notion d’interface

I. D. Notion d’interface

I. D. Notion d’interface

I. E. Chaleur et Temperature

II. QCMs

-

-

-

Q3 CC Janvier Maraîchers 2020

A.

Correction

Correction

C. (VRAI) Osm= m(PEG) + m(Glucose) + im(CaCl2) = 0,001 + 0,1

+ 2,8 × 0,02

​

Ici pour le PEG ou le Glucose, on prend les molarités car ce sont des molécules NON dissociable : m(PEG) = 0,001 osm/L et m(Glucose) = 0,1 osm/L

​

im(CaCl2) : i = 1 + α (p-1) = 1+ 0,9(3-1) = 1 + 0,9 × 2 = 2,8

⇒ im(CaCl2) = 2,8 × 0,02 = 0,056 osm/L

Conclusion : osm = m(PEG) + m(Glucose) + im(CaCl2) = 0,001 + 0,1 + 0,056 = 0,157 osmol/L

Correction

D. (VRAI) Osm (plasma) = 0,3 osm/L => Valeur à connaître /!\

​

ici, Osm(Solution A) = 0,157 < 0, 3 donc HYPOtonique au plasma.

Correction

⬄

⬄

Correction

QCM 5 CC Janvier Maraîchers 2020

⬄

Correction

Correction

Correction

QCM 2 CC Mai Maraîchers 2020

QCM 2 CC Mai Maraîchers 2020

Δ σ

​

​

​

​

σ

QCM 2 CC Mai Maraîchers 2020

QCM 2 CC Mai Maraîchers 2020

QCM°29 Rangueil 2020

Correction QCM°29 Rangueil 2020

QCM 29 : CDE

​

A. Lors du mécanisme d’osmose inverse, il est nécessaire de posséder deux compartiments séparés par une

membrane semi perméable ne laissant passer que l’eau. Dans un compartiment, on place l’eau de mer et dans l’eau on place de l’eau pure (ou douce). Ainsi, l’eau pure va chercher à s’écouler vers le compartiment le plus concentré contenant l’eau de mer pour équilibrer la concentration en solutés (flux osmotique).

Correction QCM°29 Rangueil 2020

QCM 29 : CDE

​

B. On utilise la formule suivante: ΔP = ΔC * RT.

- ΔC = 1 mol.L^-1 = 1000 mol/m^3

- R = 8,33 - T = 300 K

On a donc, ΔP = 1000 * 8,33 * 300 = 2 499 000 Pa.

Sachant que 1 atm = 10^5 Pa -> 2 499 000 Pa = 25 atm environ.

​

C. Voir item B.

Correction QCM°29 Rangueil 2020

QCM 29 : CDE

D. Sachant qu’une pression de 1 atm correspond à la pression créée par une colonne de 10m d’eau, une colonne de 250m d’eau est donc nécessaire pour créer une pression de 25 atm (pression

nécessaire pour produire de l’eau douce). 300 > 250, donc une colonne d’eau de mer de 300 mètres est suffisante pour produire de l’eau douce à sa base.

​

E. La température étant proportionnel à la pression osmotique (ΔP

= ΔC * RT), lorsque l’on augmente la température, la pression nécessaire à l’osmose inverse augmente également.

QCM n°26 Rangueil 2018

Correction QCM n°26 Rangueil 2018

QCM 26 : BCE

​

1. Faux, on néglige aussi les forces d’attraction.

​

• Vrai : PV = nRT.

​

• Vrai (définition dans le cours).

​

• Faux, on ne tient pas compte de la nature de la particule.

​

• Vrai (à apprendre, donné dans le cours)

QCM n°27 Rangueil 2018

Correction QCM n°27 Rangueil 2018

27. AC

​

1. Vrai, si on injecte une solution hypotonique (soit moins concentrée), les hématies vont être “trop concentrées” du coup les solutés perméants vont venir dans les hématies pour “diluer” le soluté non perméant ce qui

entraîne une augmentation du volume de ces hématies et donc un

risque d’hémolyse.

​

2. Faux, voir A.

Correction QCM n°27 Rangueil 2018

27. AC

​

3. Vrai, car le NaCl est non perméant alors que l’urée est perméant, donc les fractions molaires de l’urée peuvent s’équilibrer de chaque côté

de la membrane naturellement, ce qui n’est pas le cas du NaCl qui

engendrera un mouvement osmotique.

​

4. Faux, car la pression oncotique est une partie de la pression osmotique due aux protéines (urée).

​

• Faux, elle est hypotonique.

QCM°29 Rangueil 2018

Correction QCM n°29 Rangueil 2018

29. AE

​

2. Faux, il la diminue, c’est un surfactant comme le savon.

​

• Faux, quand une alvéole pulmonaire diminue de volume (soit à l’expiration) à sa surface la concentration du surfactant pulmonaire va augmenter du coup la tension superficielle va diminuer.

​

• Faux, un textile déperlant = liquide non mouillant, soit l’interface textile/liquide demande plus d’énergie que textile/air.

QCM n° 1 Rangueil 2018

Correction QCM n°1 Rangueil 2018

QCM 1 : A

​

2. Faux, il faut utiliser la formule : Q = mL

​

• Faux, elle peut se produire aussi à une température > 100°c.

​

• Faux, les liaisons covalentes ne se brisent pas mais les molécules s’espacent plus ou moins entre elles (ce sont des liaisons faibles et non fortes comme les liaisons covalentes).

​

• Faux, une diminution.

QCM n°4 Rangueil 2018

Correction QCM n°4

QCM 4 : ABD

​

Si on place des hématies dans une solution d’eau pure, cela veut dire que les hématies sont bien plus concentrées par rapport à la solution (on peut donc le prendre de deux manière, soit la solution est hypotonique aux hématies; soit les hématies sont hypertoniques à la solution) : de l’eau va rentrer dans les hématies pour venir “diluer” le surplus de solutés. On a donc un risque d’hémolyse.

QCM N°4 CC Purpan 2018

Correction QCM n°4 Purpan 2018

Correction : ACD

​

A- (Vrai) : Pour répondre à ce QCM, il faut partir de la formule : Q = mCΔT. Avec :

m = 100 000 g (Attention, la chaleur massique de l’eau est en Cal/g. Q = 100 000 Calories

C = 1Cal/g.

​

Soit ΔT = 100 000 / 100 000 soit bien 1°C.

Correction QCM n°4 Purpan 2018

Correction : ACD

​

B- (Faux) :

Dans l’énoncé, il est dit que l’Homme pèse en tout 100 Kg. Mais attention, le corps humain n’est pas constitué que d’eau, il est constitué à 65 % d’eau ! Donc, il faut multiplier 100 000 par 0,65.

​

Ce qui donne : ΔT = 100 000 / 100 000*0,65*1 = 1,54°C .

​

C- Comme dit précedement, l’Homme n’est pas constitué que d’eau, bien de bien d’autres élements.

Correction QCM n°4 Purpan 2018

Correction : ACD

​

D- (Vrai) Pour répondre à cet item, il faut utiliser la formule : Q = m* Lt

​

Nous cherchons m la masse d’eau évaporé :

Avec Q = 100 000 Calories Lt = 500 Cal/g

​

Soit m = 100 000/500 = 200g = 200mL.

​

E- (Faux) : Ici on ne s’intéresse pas à la vitesse à laquelle la chaleur se répand dans l’eau

Si vous avez des questions...

N’hésitez pas, des tuteurs sont là pour vous répondre !!!