Ce cours a été conçu pour donner une compréhension approfondie de ce sujet essentiel en biophysique.
Nous avons commencé par explorer les objectifs de ce cours:
- Décrire les propriétés fondamentales de l'eau et son rôle essentiel dans la matière vivante.
- Distinguer et classer les solutions aqueuses selon leurs caractéristiques.
- Rapporter les différentes méthodes d'expression quantitative de la concentration des solutions.
- Mettre en pratique la préparation de solutions aqueuses à partir de solutés solides et liquides.
Puis, nous nous sommes penchés sur l'eau elle-même. L'eau est le constituant fondamental de la matière vivante, représentant environ 70% du poids corporel. Ses propriétés physico-chimiques uniques en font un excellent solvant biologique pour les composés ioniques et moléculaires. Nous avons vu que l'eau existe sous trois états : solide, liquide et gazeux. Ses propriétés physiques, comme les points de fusion à 0∘C et d'ébullition à 100∘C, sa masse volumique de 1,00g⋅cm−3 et sa tension superficielle de 0,072N/m à 20∘C, sont cruciales.
La structure de la molécule d'eau est également très importante. Sa nature polaire, due à l'angle de 104,5∘ entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène, fait d'elle un excellent solvant et un bon écran aux interactions électriques. Cette polarité permet à l'eau de dissoudre facilement les corps ioniques et les substances polaires comme les acides, alcools et sels. Le phénomène de solvatation, où chaque ion est entouré de molécules d'eau, est essentiel.
- Solutions micromoléculaires et macromoléculaires: Les solutions micromoléculaires, comme l'urée ou le glucose, contiennent des solutés de petite taille (quelques dizaines d'atomes). Les solutions macromoléculaires, comme celles de protéines, contiennent des molécules beaucoup plus grandes (103 à 109 atomes) et ne traversent pas certaines membranes.
Nous avons également étudié les caractéristiques quantitatives des solutions, c'est-à-dire les différentes méthodes d'expression de la concentration:
- Concentration molaire (Molarité) (mr): Nombre de moles de soluté par litre de solution, exprimée en mol⋅L−1.
- Concentration pondérale (Concentration massique) (Cp): Masse de soluté par litre de solution, exprimée en g⋅L−1.
- Concentration en pourcentage (Titre) (p): Masse de soluté dissoute dans 100 unités de masse de solution, sans unité.
- Concentration molale (Molalité) (ml): Nombre de moles de soluté par unité de masse de solvant, exprimée en mol⋅kg−1.
- Fraction molaire (Fi): Rapport du nombre de moles d'un constituant au nombre total de moles de la solution, sans unité.
- Concentration osmolaire (Osmolarité) (wr): Nombre d'osmoles dissoutes par litre de solution.
- Concentration équivalente (Ceq): Nombre d'équivalents-grammes d'ions par litre de solution, exprimée en eqg−1⋅m−3.
Enfin, nous avons détaillé la préparation des solutions aqueuses:
- Par mise en solution d'un soluté solide: Cela implique de peser la masse de soluté, de l'introduire dans une fiole jaugée avec de l'eau distillée, puis de compléter jusqu'au trait de jauge et d'agiter pour une dissolution complète.
- Par mise en solution d'un soluté liquide (dilution): Il s'agit de prélever un volume V0 d'une solution mère de concentration C0 et de la diluer avec de l'eau distillée pour obtenir un volume V1 à une concentration C1. La formule clé ici est C0⋅V0=C1⋅V1.
Ce cours constitue une base solide pour les études futures en chimie, biologie, médecine et sciences de l'environnement.