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PAES – UE3
Bases physiques des méthodes
d’exploration (6 ECTS en S1)
Aspects fonctionnels (4 ECTS en S2)
1. États de la matière
et leur caractérisation
1. États de la matière et leur
caractérisation (10 h CM + 2 h ED)
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Liquides, gaz, solutions (Chap. 1)
Potentiel chimique (Chap. 2)
Changements d’état, pression de vapeur (Chap. 3)
Propriétés colligatives : osmose, cryométrie,
ébulliométrie (Chap. 4)
• Régulation du milieu intérieur et des espaces
hydriques et thermo-régulation (Chap. 5)
Chap. 1 : Liquides, gaz, solutions
Classification des états de la matière :
densité, mouvement, degré d’ordre interne
cristal
État solide
Solides
état vitreux
cristal liquide
matière
condensée
État liquide
État gazeux
matière
dispersée
Structures
mésomorphes
Fluides
Fluide : gaz ou liquide ?
• Énergies de liaison (EL ) et de répulsion
• Agitation thermique – Énergie cinétique
moyenne des molécules (EC)
matière dispersée
gaz
matière condensée fluide
liquide
EC
>> 1
EL
EC ≈ EL
Liquides et solutions
• L’eau, liquide biologique
• Solutions :
Mélange homogène jusqu’au stade moléculaire
Composés :
solvant : l’eau (dans les milieux biologiques)
solutés
Voir la partie « Les solutions »
Gaz parfaits et gaz réels
État idéal : densité très faible
• Particules de volume négligeable
• Pas de force intermoléculaires en jeu
Théorie cinétique des gaz
Équation d’état des gaz parfaits :
PV = nRT
Voir la partie « Les gaz »
Gaz parfaits et gaz réels
Forte densité
• Covolume
• Force intermoléculaires
Équation de Van der Waals :
a 

 P + 2 (V − b ) = nRT
V 

Voir la partie « Les gaz »
Aspects thermodynamiques et
chimiques de l’énergie
L’énergie interne (U)
Travail (W) et chaleur (Q)
1er principe de la thermodynamique
L’enthalpie (H)
Entropie (S) et 2ème principe de la
thermodynamique
• L’évolution d’un système monophasique
« Énergie 1 »
Voir les parties « Énergie 1 et Énergie 2 »
« Énergie 2 »
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Chap. 2 : Potentiel chimique
• Enthalpie :
• Enthalpie libre :
• Énergie libre :
H = U + PV
G = H – TS
F = U – TS
Condition d’évolution spontanée d’un système
à T et P constantes : diminution de G (∆G < 0)
∆H = Q
avec
∆G = Q – T∆S
∆H
Négatif
(exothermique)
∆S
Positif
∆G (∆H – T∆S)
Négatif
(exergonique)
évolution
spontanée
OUI
Négatif
Positif
Positif
(endothermique)
Négatif
Positif
(endergonique)
NON
Le potentiel chimique µ
• Pour un constituant i :
 ∂G 

µi = 
 ∂ni  P ,T ,n j≠i
Grandeur molaire partielle (comme le volume molaire partiel).
Potentiel chimique
µi : enthalpie libre molaire partielle
Chap. 3 : Changements d’état,
pression de vapeur
P
fusion / solidification
PC
liquide
solide
vaporisation / liquéfaction
PT
sublimation / condens. solide
gaz
T
Voir la partie « Changements de phase »
Chap. 4 : Propriétés colligatives :
osmose, cryométrie, ébulliométrie
Diffusion et convection du solvant
à travers une membrane
• Transfert diffusif (« transfert osmotique »)
(de l’eau)
gradient d’osmolalité
• Transfert convectif
gradient de P hydrostatique
Voir la partie « Propriétés colligatives »
Pression osmotique
La pression exercée par le soluté S sur la membrane
dépend de sa perméabilité à S :
– si imperméabilité complète : Posmotique π :
nRT
π=
= RTCosm
V
Osmolalité des molécules qui ne
peuvent pas traverser la membrane
Voir la partie « Propriétés colligatives »
Cryométrie - Ébulliométrie
L'abaissement de
la température de
congélation est
proportionnelle à
la fraction molaire
du soluté.
L'élévation de la
température
d'ébullition est
proportionnelle à
la fraction molaire
du soluté
Chap. 5 : Régulation du milieu intérieur et
des espaces hydriques et thermo-régulation
Répartition de l’eau et des solutés dans l’organisme :
2 grands compartiments liquidiens :
– compartiment cellulaire
– compartiment extra-cellulaire
- eau cellulaire :
- eau extra-cellulaire :
membrane cellulaire
~ 60 %
~ 40 %
– plasmatique
– interstitielle
Paroi endothéliale capillaire
Répartition de l’eau dans l’organisme
L’eau traverse librement et rapidement la
membrane cellulaire et la paroi capillaire
(diffusion)
équilibre de diffusion de l’eau
égalité des osmolalités
Répartition de l’eau dans l’organisme
• Soluté non osmotiquement efficace
équilibre de diffusion
Pas de flux osmotique (d’eau)
• Soluté osmotiquement efficace
« osmolalité efficace » :
Modifie la répartition de l’eau
Voir la partie « Compartiments liquidiens »
Troubles de l’hydratation
de l’osmolalité efficace :
Variation de la "concentration en eau" de l’organisme
Anomalie
et/ou
du volume du compartiment extracellulaire
Na+
Troubles du bilan sodé : « équilibre hydrosodé »
Voir la partie « Troubles de l’hydratation »
Thermo-régulation
1. Changements de phase liquide-vapeur - Évaporation
Chaleur latente de vaporisation (LV)
2. Échanges de chaleur entre des objets à températures différentes :
Conduction : entre objets en contact
Convection : chaleur emportée par le mouvement du fluide
Rayonnement (OEM) : dépend de la température T
Voir la partie « Propriétés thermiques de la matière »
Liste des cours annexes
Voir la partie « Les solutions »
Voir la partie « Les gaz »
Voir les parties « Énergie 1 et Énergie 2 »
Voir la partie « Changements de phase »
Voir la partie « Propriétés colligatives »
Voir la partie « Compartiments liquidiens »
Voir la partie « Troubles de l’hydratation »
Voir la partie « Propriétés thermiques de la matière »