EXERCICE I. TRANSPORT DU DIOXYGÈNE DANS LE SANG (6,5 points)
2007/03 Nouvelle Calédonie session remplacement 2006 CORRECTION http://labolycee.org © 1. Transport du dioxygène dans l’organisme par l’hémoglobine du sang
1.1. n0 =
( ) m M Hb n0 = 4
15
1,6 10 = 9,410–4 mol
1.2. Le dioxygène étant en excès, le réactif limitant est Hb et serait totalement consommé : n0 – xmax = 0.
xmax = n0 = 9,410–4 mol
1.3. Taux d’avancement final : f =
max
xf
x alors xf = f.xmax
xf = 0,979,410–4 = 9,110–4 mol (calcul effectué avec la valeur non arrondie de xmax) 1.4.équation chimique Hb(aq) + O2(aq) = HbO2(aq)
État du système
Avancement
(mol) Quantités de matière (mol)
État initial x = 0 n0 excès 0
En cours de
transformation x n0 – x excès x
État final si
totale xmax n0 – xmax excès xmax
État final xf n0 – xf excès xf
Dans l’état final, le volume V = 100 mL de sang contient xf mol de sous-unités d’oxyhémoglobine HbO2, soit 9,110–4 mol.
1.5. Lorsqu’un volume V = 0,100 L de sang est oxygéné, xf mol de sous-unités Hb sont consommées, En une minute un volume VS = 5,0 L de sang est oxygéné, nS mol de sous-unités Hb sont consommées.
Par proportionnalité : nS = VS V .xf
nS = 5,0 4 9,1 10 0,100
= 4,510–2 mol (calcul effectué avec la valeur non arrondie de xf) 2. Libération du dioxygène au niveau des organes
2.1. Qr1 = 2( ) 1
( ) 1. 2( ) 1
aq
aq aq
HbO
Hb O
Qr1 =
3
4 5
9,1 10 2,8 10 3,6 10
= 9,0105
2.2. K1 = 3,0105 donc Qr1 > K1. Le système chimique évolue dans le sens inverse de l’équation (1). Il y a libération de dioxygène au niveau des organes.
3. Et lors d’un effort musculaire ?
3.1. L’acide CO2,H2O cède un proton à la base H2O : CO2,H2O + H2O(l) = HCO3–
(aq) + H3O+ équation (2) 3.2. Domaines de prédominance des espèces du couple CO2,H2O / HCO3– :
3.3. Pour pH = 7,4 > pKa la base HCO3– prédomine.
3.4. La dissolution du dioxyde de carbone libère des ions oxonium H3O+ (cf. réaction 2) dans le sang.
[H3O+] augmente, or pH = – log [H3O+] donc le pH diminue.
pKa = 6,4 pH CO2,H
2O HCO3–
3.5. HbO2(aq) + H3O+ = O2(aq) + HbH+(aq) + H2O équation (3)
L’apport d’ions H3O+ dû à la réaction d’équation (2), favorise la réaction en sens direct d’équation (3).
Ainsi, les ions oxonium sont consommés ce qui évite la diminution du pH sanguin évoquée en 3.4. et ce qui permet la libération de dioxygène nécessaire à l’effort musculaire.
4. Empoisonnement au monoxyde de carbone
4.1. Hb(aq) + CO(aq) = HbCO(aq) (équation 4) avec K4 = 7,5 107 K4 = ( )
( ) ( )
1
aq éq
aq éq aq éq
HbCO
Hb CO
( )
( ) aq éq aq éq
HbCO Hb
= K4.[CO(aq)]éq ( )
( ) aq éq aq éq
HbCO Hb
= 7,5107 2,010-4 = 1,5104
Au regard du tableau, la personne ressent des maux de tête.
4.2. Hb(aq) + CO(aq) = HbCO(aq) (équation 4) avec K4 = 7,5 107 = ( )
( ) . ( )
aq éq
aq éq aq éq
HbCO
Hb CO
Hb(aq) + O2(aq) = HbO2(aq) (équation 1) avec K1 = 3,0105 = 2( )
( ) . 2( )
aq éq
aq éq aq éq
HbO
Hb O
HbO2(aq) + CO(aq) = HbCO(aq) + O2(aq) (équation 5) avec K5 = ( ) 2( )
2( ) ( )
. .
aq éq aq éq
aq éq aq éq
HbCO O
HbO CO
On remarque que K5 = K4 / K1
K5 =
( )
( ) ( )
2( )
( ) 2( )
.
.
aq éq
aq éq aq éq
aq éq
aq éq aq éq
HbCO
Hb CO
HbO
Hb O
= ( ) ( ) 2( )
( ) ( ) 2( )
. . .
aq éq aq éq aq éq
aq éq aq éq aq éq
HbCO Hb O
Hb CO HbO
K5 =
7 5
7,5 10 3,0 10
= 2,5102
4.3. En augmentant la concentration de dioxygène dissous dans le sang [O2(aq)], le quotient de réaction Qr,5
augmente. Qr,5 devient supérieur à K5, ainsi la réaction en sens inverse est favorisée : la sous-unité d’hémoglobine peut à nouveau assurer le transport du dioxygène.
