Solutions et concentrations

Dissolution, dilution, concentration massique et molaire

COURS CBPH PREMIERE ST2S : SOLUTIONS ET CONCENTRATIONS

Introduction

En sante, les liquides biologiques (sang, urine, serum) sont des melanges. La preparation des medicaments (sirops, perfusions) necessite de controler precisement la quantite de substance dissoute. Ce chapitre introduit les notions essentielles pour comprendre et manipuler les solutions.

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1. QU'EST-CE QU'UNE SOLUTION ?

Une solution est un melange homogene (uniforme) obtenu par dissolution d'une ou plusieurs substances dans un liquide.

  • Solvant : Le liquide qui dissout. C'est le constituant majoritaire.
  • Soluté : La substance dissoute. C'est le constituant minoritaire.
  • Solution aqueuse : Solution dont le solvant est l'eau (H2O). C'est le cas le plus frequent en biologie et en sante.

A retenir : Solution = Solvant + Soluté(s). Exemple : Eau salee = Eau (solvant) + Sel (soluté).

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2. LA DISSOLUTION ET LA SOLUBILITE

La dissolution est le processus de dispersion d'un soluté dans un solvant. Elle n'est pas illimitee.

  • Solubilité (s) : Masse maximale de soluté que l'on peut dissoudre dans 1 litre de solvant, a une temperature donnee. Elle s'exprime en g/L.
  • Exemple : La solubilité du chlorure de sodium (NaCl) dans l'eau a 20°C est d'environ 360 g/L.
  • Solution saturée : Solution dans laquelle on a atteint la solubilité du soluté. On ne peut plus en dissoudre.
  • Solution insaturée : Solution dont la concentration est inferieure a la solubilité.

Schema textuel :

Soluté + Solvant → Mélange → Solution insaturée (Tout est dissous) → Ajout de soluté → Solution saturée (Excès non dissous)

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3. CONCENTRATION MASSIQUE (Cm)

La concentration massique Cm d'un soluté dans une solution est la masse de ce soluté dissoute par litre de solution.

Formule : 'Cm = m / V'

  • 'Cm' : Concentration massique en grammes par litre (g/L)
  • 'm' : Masse du soluté en grammes (g)
  • 'V' : Volume de la solution en litres (L)

Exemples medicaux concrets :

  1. Serum physiologique : Solution de chlorure de sodium (NaCl) a 'Cm = 9,0 g/L'. C'est une solution isotonique au plasma sanguin.
  2. Glycemie a jeun normale : Concentration de glucose dans le sang est d'environ '1,0 g/L' (soit 1 g de glucose par litre de sang).
  3. Albumine serique : Proteine du sang dont la concentration normale est comprise entre 35 et 50 g/L. Une valeur inferieure peut indiquer une denutrition ou une pathologie hepatique.

A retenir : La concentration massique est la mesure la plus simple. Elle relie une masse a un volume.

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4. CONCENTRATION MOLAIRE (C)

La concentration molaire C (ou concentration en quantite de matière) d'un soluté dans une solution est la quantite de matière de ce soluté dissoute par litre de solution.

Formule : 'C = n / V'

  • 'C' : Concentration molaire en moles par litre (mol/L)
  • 'n' : Quantite de matière du soluté en moles (mol)
  • 'V' : Volume de la solution en litres (L)

Lien avec la masse : La mole.

La mole (mol) est l'unite de quantite de matière. Une mole contient 6,02 x 10^23 entites (atomes, molecules, ions). La masse molaire M d'une substance (en g/mol) est la masse d'une mole de cette substance.

Conversion clef : 'n = m / M' donc 'C = m / (M x V)'

Exemple de conversion : Pour le serum physiologique (NaCl a 9,0 g/L).

  • Masse molaire du NaCl : M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol.
  • Concentration molaire : 'C = Cm / M = 9,0 / 58,5 ≈ 0,154 mol/L'.
  • Interpretation : Un litre de serum physiologique contient 0,154 mole d'ions Na+ et 0,154 mole d'ions Cl-.

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5. LA DILUTION

La dilution consiste a ajouter du solvant a une solution pour diminuer sa concentration. La quantite de matière de soluté reste inchangee.

Relation fondamentale de la dilution :

'C1 x V1 = C2 x V2'

  • 'C1' : Concentration de la solution mere (concentree)
  • 'V1' : Volume de solution mere prélève
  • 'C2' : Concentration de la solution fille (diluee)
  • 'V2' : Volume final de la solution fille

Protocole type de dilution :

  1. Prélèver un volume 'V1' de solution mere avec une pipette jaugee.
  2. Introduire ce volume dans une fiole jaugee de volume 'V2'.
  3. Compléter avec du solvant (eau distillee) jusqu'au trait de jauge.
  4. Boucher et agiter pour homogeneiser.

Exemple concret : Preparation d'une solution desinfectante.

  • Solution mere : Chlorhexidine a 20% ('C1').
  • On veut 500 mL ('V2') de solution a 2% ('C2') pour un bain de bouche.
  • Calcul : 'V1 = (C2 x V2) / C1 = (2% x 500) / 20% = 50 mL'.
  • Protocole : Prélèver 50 mL de chlorhexidine 20%, les introduire dans une fiole jaugee de 500 mL et completer avec de l'eau distillee.

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6. APPLICATIONS EN SANTE

  • Preparation de solutions de soins : Le serum physiologique (NaCl 0,9%) et le serum glucose (G5% : glucose a 50 g/L) sont prepares en pharmacie ou a l'hopital selon des protocoles stricts.
  • Dilution de medicaments injectables : Certains antibiotiques (ex : vancomycine) se presentent sous forme de poudre. L'infirmier doit les reconstituer avec un volume precis de serum physiologique pour obtenir la concentration prescrite.
  • Interpretation des analyses sanguines :
  • Glycemie : Exprimee en g/L ou en mmol/L (M(glucose)=180 g/mol). Norme a jeun : 0,70 - 1,10 g/L soit 3,9 - 6,1 mmol/L.
  • Creatininemie : Temoin de la fonction renale. Norme : 6 - 12 mg/L pour la femme, 7 - 14 mg/L pour l'homme. Souvent exprimee en µmol/L (1 mg ≈ 88.4 µmol pour la creatinine).
  • Ionnogramme sanguin : Dosage des ions. Normes :
  • Na+ : 135 - 145 mmol/L
  • K+ : 3,5 - 5,0 mmol/L
  • Cl- : 95 - 105 mmol/L

Ces valeurs temoignent de l'equilibre hydro-electrolytique du patient.

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7. TP TYPE : PREPARATION DE 100 mL DE SERUM PHYSIOLOGIQUE (NaCl 0,9%)

Protocole :

  1. Calculer la masse de NaCl necessaire.
  2. 'Cm = 9,0 g/L' pour 'V = 0,100 L'.
  3. 'm = Cm x V = 9,0 x 0,100 = 0,90 g'.
  4. Peser precisement 0,90 g de NaCl sur une balance analytique.
  5. Introduire le NaCl dans une fiole jaugee de 100,0 mL a l'aide d'un entonnoir.
  6. Rincer le becher et l'entonnoir avec de l'eau distillee dans la fiole.
  7. Remplir la fiole aux 2/3 avec de l'eau distillee. Agiter pour dissoudre.
  8. Completer avec de l'eau distillee jusqu'au trait de jauge (bas du menisque).
  9. Boucher et agiter pour homogeneiser.

Verification : On peut controler la concentration par mesure de conductivite (la conductivite d'une solution est proportionnelle a sa concentration ionique).

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EXERCICES CORRIGES

Exercice 1 (Calcul de concentration massique) :

Un patient recoit une perfusion de 1,5 L de serum glucose a 5%. Quelle masse de glucose a-t-il recu ?

  • Corrige :
  • "5%" signifie 5 g pour 100 mL, soit 'Cm = 50 g/L'.
  • Masse = 'Cm x V = 50 g/L x 1,5 L = 75 g'.
  • Le patient a recu 75 g de glucose.

Exercice 2 (Dilution) :

Vous disposez d'une ampoule de 10 mL de NaCl a 20% (solution mere). Vous voulez preparer 250 mL de serum physiologique (NaCl 0,9%). Est-ce possible ? Si oui, comment ?

  • Corrige :
  • Solution mere : 'C1 = 200 g/L' (car 20% = 20g/100mL = 200g/L).
  • Solution fille desiree : 'C2 = 9 g/L', 'V2 = 0,250 L'.
  • Volume a prélèver : 'V1 = (C2 x V2) / C1 = (9 x 0,250) / 200 = 0,01125 L = 11,25 mL'.
  • Probleme : L'ampoule ne contient que 10 mL. Il est impossible de prélèver 11,25 mL. Il faut utiliser une solution mere plus concentree ou un volume final inferieur.

Exercice 3 (Concentration molaire / Analyse medicale) :

Un bilan sanguin indique une natremie (concentration en sodium dans le plasma) de 3,20 g/L. Est-ce normal ? (M(Na) = 23,0 g/mol)

  • Corrige :
  • Conversion en mmol/L : 'C = Cm / M = 3,20 / 23,0 ≈ 0,139 mol/L = 139 mmol/L'.
  • La norme etant 135 - 145 mmol/L, cette valeur est legèrement basse mais dans les limites basses de la normale. On parle d'hyponatremie legere si elle est confirmee et inferieure a 135 mmol/L.

Conclusion : Maitriser les concepts de solution, de concentration et de dilution est indispensable pour preparer des produits de soin fiables et interpreter des donnees biologiques, garantissant ainsi la securite des patients.

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