Chapitre 2 – Chimie de la vie Flashcards
En parlant du volume et de la masse, distinguer l’énergie et la matière.
La matière occupe un volume et possède une masse alors que l’énergie n’occupe aucun volume et ne possède aucune masse.
En parlant d’atomes, tentez d’expliquer brièvement ce qu’est un élément.
Un élément est une sorte d’atome. Il existe des atomes de l’élément hydrogène, des atomes de l’élément carbone, etc. Tous les atomes d’un élément en particulier sont identiques (par exemple, tous les atomes d’azote).
Comment nomme-t-on de la matière composée de plusieurs atomes liés chimiquement ensemble?
Des molécules.
Les molécules composées d’atomes différents sont appelées…
Composés.
Quelles sont les trois particules élémentaires composant un atome? Où se trouve chacune de ses particules dans un atome? Quelle est leur charge? Leur taille relative?
Le noyau d’un atome est composé de protons (charge positive) et de neutrons (neutre). Ces particules élémentaires ont la même masse (1 Da ou 1 uma pour unité de masse atomique) et sont responsables de presque la totalité de la masse de l’atome. Autour du noyau, orbitent des électrons (charge négative). Les électrons ont une masse quasiment nulle (elle est même négligée lorsque l’on calcule la masse d’un atome).
Tous les atomes d’un même élément ont le même nombre de…
Tous les atomes d’un même élément ont le même nombre de protons.
Les atomes sont classés dans le tableau périodique en ordre croissant de numéro atomique. Le numéro atomique nous renseigne sur quoi?
Le numéro atomique d’un atome correspond à son nombre de protons.
Si un atome possède 6 protons et un autre atome en possède 7, est-il possible que ces deux atomes soient du même élément? Pourquoi?
Non, c’est impossible parce que les atomes de chaque élément ont un nombre caractéristique de protons. Ainsi, tous les atomes de carbone ont 6 protons par exemple. Par conséquent, tous les atomes possédant 6 protons sont des atomes de carbone et tous les atomes possédant un nombre différent de protons ne sont pas des atomes de carbone. Un atome possédant 7 protons est obligatoirement un atome d’azote.
Vrai ou faux? Les atomes sont en grande partie constitués de vide?
Vrai. Les électrons bougent autour du noyau et occupent un énorme espace, mais comme leur masse est négligeable cet espace est majoritairement vide. La presque totalité de la masse d’un atome se trouve en son minuscule centre où se trouve son noyau composé de protons et de neutrons.
Est-ce que le noyau des atomes participe aux réactions chimiques? Pourquoi?
Non, le noyau des atomes ne participe pas aux réactions chimiques, car il se trouve au centre de l’atome (loin de l’autre atome). Ce sont plutôt les électrons (occupant l’espace périphérique de l’atome) d’atomes différents qui réagissent ensemble pour former des liaisons chimiques. Plus précisément, ce sont les électrons de valence qui forment les liens chimiques.
Qu’est-ce qu’un électron de valence? Faites référence à leur position au sein d’un atome, à leur niveau d’énergie et à leur réactivité.
Les électrons de valence sont les électrons situés sur la dernière couche électronique d’un atome. Ils sont les électrons les plus loin du noyau, les plus périphériques. Ce sont les atomes les moins stables (les plus réactifs), car ils possèdent beaucoup d’énergie potentielle puisqu’ils sont peu retenus par le noyau en raison de leur distance avec celui-ci.
Vrai ou faux? Les atomes dont leur dernière couche électronique est pleine sont très réactifs.
Faux. Si la dernière couche d’un atome est remplie (2 électrons pour la première couche, 8 pour la deuxième couche, etc.), cet atome est alors inerte et n’a pas tendance à réagir. Un tel atome ne cherche pas à gagner ou perdre ou partager un ou des électrons pour faire des liaisons chimiques, car il est déjà stabilisé par le fait d’avoir sa dernière couche pleine. En effet, la raison pour laquelle les atomes font des liens chimiques est simplement pour devenir plus stables (être à un niveau d’énergie inférieur). Or, cela est déjà atteint lorsque leur dernière couche électronique est pleine.
Qu’est-ce qu’une liaison chimique?
C’est le fait qu’un atome gagne ou perde ou partage un ou des électrons avec un autre atome. Ainsi, le nuage électronique de chacun des atomes possède une certaine superposition; ils ne sont plus complètement isolés l’un de l’autre.
Quels sont les trois types de liaison chimique que l’on rencontre le plus souvent en biologie, c’est-à-dire chez les organismes vivants? Classez-les en ordre croissant de force.
a) Liaison covalente (plus forte)
b) Liaison ionique
c) Liaison hydrogène (moins forte)
Qu’est-ce que la force d’une liaison chimique?
La force d’une liaison chimique fait référence à l’énergie requise pour créer ou briser le lien chimique entre les atomes. Ainsi, une liaison covalente (la plus forte de toutes les liaisons) emmagasine beaucoup d’énergie et beaucoup d’énergie est donc libéré lorsqu’elle se rompt. Or, pour qu’elle est autant d’énergie, on doit lui en fournir beaucoup pour la créer. Puis, comme elle a beaucoup d’énergie et est donc très solide, il faudra aussi dépenser beaucoup d’énergie pour la briser. Les atomes liés ensemble par des liens chimiques sont plus stables que s’ils étaient séparés et ils souhaitent donc demeurer dans cet état.
Décrit la liaison covalente.
La liaison covalente est le lien chimique existant entre des atomes partageant un ou plusieurs électrons ensemble. Si une seule paire d’électron est partagée, on parle de liaison simple alors que si deux paires sont partagées, on parle de liaison double. Une liaison double est évidemment plus forte qu’une liaison simple.
Décrit l’électronégativité des électrons et explique en quoi cela impact les liaisons chimiques possibles entre les atomes de différents éléments.
L’électronégativité d’un atome est sa propriété d’attirer les électrons de valence plus ou moins efficacement. Ainsi, un atome qui attire énormément les électrons de valence des autres atomes est dit fortement électronégatif alors qu’un atome n’attirant que très peu les électrons de valence des autres atomes est dit faiblement électronégatif. L’électronégativité est caractéristique des éléments et donc tous les atomes d’un même élément ont la même électronégativité.
Les liaisons chimiques ont tendance à se former entre des atomes fortement électronégatifs et des atomes faiblement électronégatifs. Cela fait du sens : un des atomes a tendance à attirer les électrons (ceux dont leur dernière couche électronique est presque pleine) alors que l’autre atome à tendance à se débarrasser de son ou ses électrons (sa dernière couche électronique est presque vide).
Comment se répartit l’électronégativité au sein du tableau périodique des éléments?
Plus les éléments sont en haut et à droite du tableau, plus ils sont électronégatifs.
Qu’est-ce qui arrive si la différence d’électronégativité entre deux atomes est extrêmement élevée?
Il se peut qu’un atome attire tellement fortement l’électron d’un autre atome qu’il « vole » cet électron plutôt que de le partager. Ainsi, cela crée une liaison ionique plutôt qu’une liaison covalente.
Qu’est-ce qu’une liaison ionique?
Une liaison ionique est l’union chimique de deux atomes par le transfert d’électrons. Les atomes deviennent des ions et portent donc une charge. Ce type de liaison se fait entre des atomes ayant une importante différence en électronégativité : l’atome le plus électronégatif « vole » un ou plusieurs électrons à l’atome le moins électronégatif.
Décrivez la liaison hydrogène.
Une liaison hydrogène (ou pont H) se crée entre les charges partielles d’une molécule d’eau et d’autre molécules polaires (incluant d’autres molécules d’eau). En effet, un atome électronégatif peut, au sein d’une molécule, attirer les électrons plus fortement. Ainsi, les électrons se trouvent plus « concentrés » près de l’atome électronégatif. Ceci crée un déséquilibre dans la répartition de la charge globale de la molécule. Celle-ci reste neutre globalement, mais localement on voit l’apparition de charges (positives ou négatives) dites charges partielles.
La liaison hydrogène se fait donc entre la charge partielle positive des atomes d’hydrogène et la charge partielle négative des atomes électronégatifs (comme l’oxygène, l’azote ou le fluor).
Nommez deux différences entre les liaisons hydrogènes et les deux autres liaisons (covalente et ionique).
Premièrement, les liaisons hydrogènes sont beaucoup plus faibles que les liaisons ioniques ou covalentes; elles se brisent et se créent plus facilement. Deuxièmement, alors que les liaisons ioniques et covalentes sont intramoléculaires (elles lient les atomes d’une même molécule ensemble), les liaisons hydrogènes sont intermoléculaires (elles lient différentes molécules ensemble).
Qu’est-ce qui est responsable des propriétés singulières de l’eau?
L’eau possède des propriétés singulières qui sont dues à sa densité élevée de liaisons hydrogène. En effet, chaque molécule d’eau (pourtant très petite : seulement trois atomes!) peut faire 4 ponts H avec les molécules environnantes. Cette densité élevée de liaisons hydrogène permet l’apparition de caractères « spéciaux » que l’on ne retrouve pas souvent chez les autres molécules.
Quelles sont les quatre propriétés de l’eau rendant cette substance indispensable à la vie telle qu’on la connaît?
a) Cohésion
b) Stabilisation de la température
c) Dilatation sous l’effet du gel
d) Solvant polyvalent
Expliquez la cohésion (propriété de l’eau).
Les molécules d’eau « collent » ensemble grâce à tous leurs ponts H. La cohésion explique la tension superficielle de l’eau (on peut appuyer légèrement sur l’eau sans briser sa surface).
Expliquez comment l’eau stabilise la température (propriété de l’eau).
En raison de son grand nombre de ponts H, l’eau possède une chaleur spécifique relativement élevée. Ceci signifie qu’il faut lui fournir beaucoup d’énergie avant de parvenir à changer sa température.
L’eau peut donc emmagasiner la chaleur pendant la journée et la libérer pendant la nuit (régulation du climat) ou dissiper la chaleur d’un organisme par l’évaporation de sa transpiration (thermorégulation corporelle).
Expliquez pourquoi, contrairement aux autres substances, l’eau se dilate lorsqu’elle se solidifie.
Les molécules d’eau à l’état liquide sont plus près les unes des autres parce que leur énergie cinétique empêchent la formation de ponts H. À base température, les molécules d’eau forment davantage de ponts H ce qui place les molécules d’eau en forme de cristal. Les molécules d’eau sont alors à une certaine distance les unes des autres et l’eau à l’état solide est donc moins dense que l’eau à l’état liquide.
Expliquez pourquoi l’eau est un excellent solvant?
Grâce à sa polarité. En alignant ses charges partielles avec celles (partielles ou complètes) des molécules de solutés, les molécules d’eau forment une couche d’hydratation autour de ces derniers, ce qui permet de les solubiliser.
Qu’est-ce qu’un acide?
Une substance qui libère des protons lorsque mis en solution.
Qu’est-ce qu’une base?
Une substance qui accepte des protons lorsque mis en solution.
Qu’est-ce qu’un tampon?
Une substance qui empêche les variations du pH lors de l’ajout d’un acide ou d’une base à la solution. Donc, un tampon absorbe ou libère des protons selon les besoins pour maintenir leur niveau constant.
Qu’est-ce que le pH? Quelles sont ses valeurs acide, basique (alcaline) et neutre?
Le pH est une mesure du potentiel hydrogène. Un pH de 7 est neutre, alors qu’un pH inférieur à 7 est acide (plus de H+ en solution) et qu’un pH supérieur à 7 est alcalin (moins de H+ en solution).
Pourquoi la structure du carbone est importante pour l’apparition des biomolécules?
Le carbone possède la particularité de pouvoir faire 4 liaisons covalentes, ce qui permet de créer de grosses molécules variées. Le carbone peut faire de grosses chaînes carbonées (C-C-C-C) tout en ayant encore la possibilité de faire deux autres liaisons latérales.
