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Plan du cours Première partie: Physique de l’eau et des solutions en milieu bio

Plan du cours Première partie: Physique de l’eau et des solutions en milieu biologique, phénomènes de surface •Chapitre I: Les solutions bio-électrolytiques •Chapitre II: Etude des interfaces solides-liquides •Chapitre III: Etude des interfaces liquides-gaz •Chapitre IV : Forces impliquées dans les interactions des molécules biologiques •Deuxième partie: Interactions des ondes et des particules avec la matière biologique FACULTE DES SCIENCES DHAR ELMEHREZ DEPARTEMENT DE BIOLOGIE Cours de Biophysique, S3, 2020-2021 Pr :Adnane REMMAL, Chapitre I. Les solutions bio-électrolytiques 1- Solution 2- Solution aqueuse 3- Solution électrolytique 4- Mobilité ionique 5- Conductivité 6- Viscosité 7- Osmolarité 8- Solubilité des électrolytes 9- Solubilité des corps polaires 10- Solubilité des corps apolaires Département de Biologie Module de Biophysique S3 Chapitre 1 Première partie: Physique de l’eau et des solutions en milieu biologique, phénomènes de surface Pr Adnane REMMAL - Mélange liquide –liquide : - Certains liquides sont miscibles en toutes proportions (exemple : l’éthanol et l’eau) D’autres liquides ne sont pas miscibles en toute proportions (exemple : le phénol et l’eau). - Mélange gaz-liquide -Exemple : l’anhydride carbonique (CO2) est un gaz (soluté) utilisé dans les boissons gazeuses. Le sang ?? est un mélange homogène ou hétérogène? Mélange hétérogène au microscope Mélange homogène à l’oeil nu Le sang = Suspension de cellules (globules rouges, globules blancs, plaquettes) + une solution (plasma) par ce que du fait de l’agitation du à la circulation sanguine dans les vaisseaux n’ont pas tendance à sédimenter spontanément. + urée, glucose, NaCl + Grosses molécules (albumine..) 2- Solution aqueuse 2-1- Définition - Une solution est aqueuse lorsque le solvant est «l’eau ». - Question : Rôle de l’eau dans l’organisme humain 1. L’eau= élément vital L’eau est le principal constituant du corps humain. La quantité d’eau dans le corps varie tout au long de la vie. • Elle décroît avec l’âge; perte de la masse musculaire. • L’eau chez un nouveau né = 74% et il diminue à 50% pour un homme et à 47% pour une femme à partir de 50 ans. • La quantité moyenne d’eau dans un organisme adulte est de 65% (environ 45 litres d’eau pour un sportif de 70 kg). • Elle est plus importante chez les personnes maigres ou de corpulence normale ; le tissu adipeux contient moins d’eau que les muscles : 30 % pour la masse grasse (tissu adipeux) contre 73-75% pour la masse maigre (muscles). Les hommes ont un poids corporel en eau supérieur à celui des femmes (masse grasse moyenne généralement moins importante) la qauntité d’eau chez les hommes supérieur que les femmes .  L’eau est indispensable pour assurer les différentes fonctions métaboliques du corps humain tels que: - Thermorégulation Maintient de la température constante à l’intérieur du corps en absorbant la chaleur puis en la libérant sous forme de sueur. - Système de transport et d’excrétion - Transport des nutriments, hormones et enzymes dans le sang; - Transport de l’oxygène aux cellules. -Excrétion des déchets métaboliques dans les urines. - Réactions chimiques Intervient dans de nombreuses réactions chimiques et notamment dans la glycolyse (production d’ATP) - Composition des articulations et des organes L’eau participe à la lubrification des articulations (synovie) et des organes du système digestif (mucus et salive). 2-2- Classification des solutions aqueuses On distingue deux types de solutions aqueuses selon la nature du soluté : - Les solutions aqueuses ioniques= les solutés sont des cations ou des anions qui se dispersent dans l'eau (conductrices) - Les solutions aqueuses moléculaires= les solutés sont composés de molécules qui, elles aussi, se dispersent dans l'eau (non conductrices). Exemples de solutions aqueuses - L'eau sucrée : eau + saccharose. - L'eau salée : eau + NaCl - L'eau minérale : eau + sels minéraux (ions calcium, potassium, magnésium, etc - La limonade : eau + les principaux solutés : le sucre, l'acide citrique et de dioxyde de carbone. Quelles sont les propriétés de l’eau qui lui donnent toutes ses fonctions vitales ? 2-3- Propriétés chimique de l’eau Polarité ? Formule semi développé de l’eau: H-O-H Tableau périodique des éléments utilisant l'échelle d'électronégativité de Pauling. L’électronégativité d’un atome = le pouvoir d’attirer un électron lorsque cet atome est engagé dans une liaison covalente - l’électronégativité de l’hydrogène= 2,1 - l’électronégativité de l’oxygène = 3,5 On observe: - 2 charges partielles négatives (δ–), sur les doublets non liants de l'oxygène - Et une charge partielle positive (δ+), sur chaque atome d'hydrogène - Une molécule est polaire si le centre des charges positives (barycentre) n’est pas confondu avec le centre des charges négatives. - Donc la molécule d’eau est : G1 G2 La polarité qui caractérise l’eau est due à la répartition inégale des charges négatives et positives de cette molécule La molécule possède, en général, un dipôle électrique permanent. C’est la polarité de la molécule d'H2O qui lui permet de réaliser des liaisons hydrogènes intermoléculaires responsable d’une structure ordonnée à l'origine des propriétés particulières de l’eau. Liaison hydrogène : - Les molécules d’eau peuvent se grouper entre elles grâce à des liaisons de nature électrostatique appelées liaisons Hydrogène. - Une liaison hydrogène peut s’établir entre l’atome d’Hydrogène d’une molécule d’eau et l’atome d’Oxygène d’une molécule d’eau voisine. Les 2 charges partielles négatives (δ–), forment chacune une liaison hydrogène avec un atome d’hydrogène d'une autre molécule portant une charge partielle positive (δ+).  Une charge partielle positive (δ+), de chaque atome d'hydrogène forme des liaisons hydrogènes avec un oxygène d'une autre molécule portant une charge (δ–). Le support du pH. - Un atome d'oxygène d'une molécule d'eau peut capter un atome d'hydrogène d'une autre molécule d'eau . - Deux molécules d'eau vont donc donner naissance à un ion OH- et à un autre H3O+ (hydronium). - Dans l'eau pure, il y a le même nombre d'ions OH- et H3O +. - Mais lorsqu’une substance dissoute apporte un excès d'ions OH-, la solution devient basique. - Lorsqu’une autre substance apporte un excès d'ions H3O+, la solution devient acide. - Le pH traduit donc la concentration d'ions H3O+ dans une solution : - 0 à 7, acide : 7 neutre ; 7 à 14 basique ou alcalin. Équilibre acido-basique Le pH du suc gastrique de l’estomac est compris entre 1,5 (pendant la nuit) et 5 (en début de digestion) : les enzymes gastriques fonctionnent à pH acide  Pourquoi le pH gastrique est–il acide?  Pourquoi le suc gastrique ne digère pas les cellules de l’estomac? Pouvoir dissolvant  Le déséquilibre électrique dans la molécule d’eau est responsable du grand pouvoir dissolvant de l’eau vis à vis des cristaux ioniques comme le chlorure de sodium. L’attraction électrique sur les ions Na+ et Cl- est plus importante que celle qui relie les ions entre eux La structure cristalline est ainsi détruite et les ions sont mis en solution. Elle dissout aussi les molécules organiques comme le sucre. - La dissolution dans l’eau se fait en trois étapes : l’hydratation : les molécules d’eau entourent les molécules du composé à dissoudre. l’ionisation : le moment dipolaire de l’eau accentue la polarité des liaisons jusqu’à casser ces liaisons.  la dispersion : la permittivité relative de l’eau diminue la force des liaisons; les ions solvatés s’éloignent donc les uns des autres. Etapes de la dissolution de NaCl dans l’eau 2-4- Propriétés physiques de l’eau 3 états de la matière - Etat gazeux : Sous l’action de la chaleur, les liaisons hydrogène se brisent. - Etat liquide : La liaison hydrogène, stable à température ambiante mais fragile comparée à la liaison covalente. Les liaisons hydrogène sont en formation constante et se brisent sans cesse, ce qui permet aux molécules d’eau de se rapprocher un peu plus. - Etat solide : Les liaisons hydrogène sont totalement formées . - Conséquence: - augmentation de volume d'environ 10% - structure tétraédrique de la glace - La glace (flotte; large réseau cristallin et moins de particules dans un même volume + isolant, empêchant l'eau de geler de la surface jusqu'au fond). - La densité de l'eau liquide diminue rapidement lorsqu'on s'approche du point de congélation - C’est un agent de refroidissement par évaporation: la transpiration (évaporation pour éliminer l’excès de chaleur corporelle) Notion de chaleur spécifique La chaleur spécifique est la quantité d'énergie qu'il faut fournir à une masse d'eau donnée pour élever sa température de 1°C L'eau est l'élément naturel dont la chaleur spécifique est la plus élevée sur terre, c.à.d. que l'eau est difficile à chauffer, tout autant qu'elle est difficile à refroidir. Quelques liens vers des vidéos en relation avec ce chapitre: -https://www.youtube.com/watch?v=XHDBdtrfRyo -https://www.youtube.com/watch?v=Ir3OBb13mDY -https://www.youtube.com/watch?v=cIMV5Ddf0d8 -https://www.youtube.com/watch?v=7byHztT6XVA&vl=fr -https://www.youtube.com/watch?v=fwuqfzZ5hhE -https://www.youtube.com/watch?v=4pfOrGuk5hA Solution Q 1-Une solution est un mélange non homogène d’au moins deux substances dont l’une est liquide et l’autre est solide? Q 2- Dans une solution; le solvant est un solide ? Q 3- Dans une solution; les solutés peuvent être solides, liquides ou gazeux ? Q 4- Deux liquides non miscibles constituent un mélange hétérogène ? Q 5- Deux liquides miscibles jusqu’au stade moléculaire constituent un mélange homogène? Q 6- L’éthanol et l’eau sont miscibles formant un mélange homogène? Q uploads/Sante/ chapitre-1-partie-1.pdf