Eau Flashcards
Quand est apparu l’univers
Il y a 12,5 milliards d’années
Quand est apparu la terre ?
4,5 milliards d’années
Quand est apparue la vie sur terre?
3,5 milliards d’années
Comment sont assemblées les molécules ?
Liaisons chimiques entre atomes
Quel est le niveau d’organisation supérieur des atomes ?
Les molécules
Que font les atomes dont le dernier niveau énergétique est incomplet ?
Les atomes dont le dernier niveau énergétique est incomplet interagissent de manière à remplir leur dernière couche électronique.
Définition d’une molécule
Groupe d’atomes liés en une association stable par l’intervention d’énergie.
Définition d’un composé
Molécule constituée d’éléments différents (H2O)
C’est quoi des liaisons chimiques
Ces atomes sont retenus par des forces d’attraction appelées LIAISONS CHIMIQUES
Définition de liaison covalente
Mise en commun par deux atomes d’une ou plusieurs paires d’électrons
Définition de liaison ionique
Transfert complet d’un électron et attraction entre ions de charges opposées
Définition de liaison hydrogène
Liaison intermoléculaire entre atomes engagés dans une liaison covalente polarisée
Quelle est l’abondance en eau de notre planète ?
Abondance de l’eau sur notre planète (± 3/4 de la surface-71%).
Les cellules contiennent quelle quantité d’eau?
Les cellules contiennent 70 à 95 % d’eau.
Pendant combien de temps l’évolution s’est déroulée dans en milieu aqueux ?
Pendant 2 à 3 x 10^9 années
Pourquoi la vie à évolué dans l’eau ?
La vie a évolué dans l’eau grâce à la protection qu’elle offre contre les rayons UV.
Les organismes contiennent quelle quantité d’eau ?
70 à 90% d’eau.
Où se produisent les réactions chimiques ?
Les réactions chimiques se produisent en milieu aqueux.
L’eau est un déterminant essentiel pour… ?
L’eau est un déterminant essentiel de la structure et de la fonction des protéines, des acides nucléiques et des membranes.
Que dit la règle de l’octet (pour l’eau) ?
La règle de l’octet dicte qu’il y a quatre paires d’électrons autour d’un atome d’oxygène dans l’eau.
Dans quelle orbitale sont les quatre paires d’électrons autour d’une atome d’oxygène (molécule d’eau)?
sp3
Que font deux des paires d’électrons autour de l’oxygène (molécule d’eau)?
Deux de ces paires lient de manière covalente deux atomes d’hydrogène à un atome d’oxygène central.
Que se passe-t-il avec les deux paires restantes qui ne font pas de liaisons ?
Les deux paires restantes restent non liées (paires isolées).
Quelle est la géométrie de l’eau?
un tétraèdre déformé.
Que fait l’électronégativité de l’atome d’oxygène (molécule d’eau) ?
L’électronégativité de l’atome d’oxygène induit un moment dipolaire net.
Pourquoi l’eau peut servir d’accepteur et de donneur de liaison H ?
En raison du moment dipolaire, l’eau peut servir à la fois de donneur et d’accepteur de liaison hydrogène.
Structure de la molécule d’eau
La structure de la molécule d’eau = un atome d’oxygène lié par 2 liaisons covalentes simples à deux atomes d’hydrogène.
L’atome d’oxygène étant plus électronégatif, les électrons des deux liaisons covalentes sont «attirés» vers l’oxygène.
—> La molécule d’H2O est stable (règle de l’octet) mais est polaire.
Que permet la polarité des molécules d’eau ?
Liaisons H
Définition d’électronégativité ?
attraction relative qu’exerce un atome sur les électrons mis en commun dans le cadre d’une liaison covalente.
Electronégativité de CHON ?
0 : 3,5 / N : 3,0 / C : 2,5 et H : 2,1
Définition de liaison covalente non polaire
Répartition des électrons uniforme en atomes (H-H, C-H)
Définition de liaison covalente polaire
Répartition des électrons inégale entre atomes possédant une électronégativité différente (O-H)
Liaisons hydrogène
Les liaisons hydrogène sont de fortes interactions dipôle-dipôle ou charge-dipôle qui se produisent entre un hydrogène lié de manière covalente et une seule paire d’électrons.
De quoi a-t-on besoin pour une liaison H ?
Elles impliquent généralement deux atomes électronégatifs (fréquemment l’azote et l’oxygène).
La liaison hydrogène est la conséquence de quoi?
De la liaison covalente polarisée
Quand se forme la liaison hydrogène ?
Elle se forme quand un atome d’hydrogène déjà lié par covalence à un atome électronégatif subit l’attraction d’un autre atome électronégatif.
Quels sont les atomes les plus électronégatifs dans nos cellules ?
Dans les cellules, l’oxygène (O) et l’azote (N) sont des atomes très électronégatifs.
Où retrouve des liaisons hydrogène
Between the hydroxyl group of an alcohol and water
Between the carbonyl group of a ketone and water
Between peptide groups in polypeptides
Between complementary bases of DNA
Avec combien de molécules une molécule d’eau réalise des liaisons hydrogène ?
Chaque molécule de H2O établit des liaisons hydrogène (liaisons faibles) et transitoires (10-11sec) avec un maximum de 4 molécules voisines.
Les effets cumulés résultent d’un grand nombre de liaisons…peuvent être importants (coopérativité).
A quoi sert l’eau ?
Peut servir de donneur et d’accepteur d’hydrogènes.
Quelles propriétés possèdent l’eau suite au fait qu’elle puisse faire 4 liaisons hydrogènes?
Son point d’ébullition anormalement élevé
Son point de fusion anormalement élevé
Sa tension superficielle anormalement élevée
Qui est plus fort entre une liaison hydrogène et une liaison covalente ?
Les liaisons hydrogène entre molécules voisines sont faibles (20 kJ / mol) par rapport aux liaisons covalentes H – O (420 kJ / mol).
La cohésion de l’eau est responsable de quoi ?
La cohésion de l’eau est responsable de son état liquide à température modérée.
Définition de la tension superficielle
force résultant de la cohésion, qui exprime la difficulté d’étirer ou de briser la surface d’un liquide.
Pourquoi la tension superficielle de l’eau est très grande ?
Cette tension est très grande pour l’eau car, à l’interface, les molécules d’eau réalisent des liaisons hydrogène avec les molécules sous-jacentes.
Par quoi est attirée l’eau?
-l’eau est attirée par d’autres molécules polaires.
- l’eau est attirée par des substances possédant des charges électriques superficielles (capillarité)
Quelles sont les différentes propriétés de l’eau ?
-chaleur spécifique élevée
-chaleur de vaporisation élevée
-densité de l’eau à l’état solide (glace) moindre que la densité de l’eau liquide
-l’eau est un solvant pour les molécules polaires
-l’eau organise les molécules apolaires
Définition de chaleur spécifique
quantité d’énergie nécessaire pour élever de 1°C, la température de 1 g d’eau pure…
Une calorie vaut combien de joules ?
Une calorie = 4, 184 joules
Que mesure la température d’une substance ?
La température d’une substance mesure la vitesse de déplacement de ses molécules.
Pourquoi il faut un apport important d’énergie thermique pour les molécules d’eau?
Apport important d’énergie thermique requis pour accélérer le déplacement des molécules d’eau (briser les nombreux ponts H)
Quelle est la valeur de la chaleur spécifique de l’eau?
4.184 cal/g/°C
Valeur de la chaleur spécifique du fer
0.44 cal/g/°C
Valeur de la chaleur spécifique de l’octane
1.39 cal/g/°C
Valeur de la chaleur spécifique de l’ammoniac
5.15 cal/g/°C
Qu’implique une chaleur spécifique élevée pour l’eau ?
L’eau est un excellent «volant thermique»
Qu’est-ce qui démontre que l’eau est un excellent volant thermique ?
Les organismes vivants, constitués en grande partie d’eau ont une température moins sujette à fluctuations
Protection contre la chaleur générée par les réactions chimiques dans la cellule qui est absorbée par l’eau qu’elle contient
Définition de chaleur de vaporisation
énergie nécessaire pour faire passer 1 g d’eau liquide à l’état gazeux
Quelle est la valeur de la chaleur de vaporisation de l’eau ?
2452 joules
Pourquoi la chaleur de vaporisation de l’eau est élevée ?
énergie importante nécessaire pour briser ses ponts H
Que se passe-t-il avec l’évaporation d’eau déposée sur une surface ?
L’évaporation d’eau déposée sur une surface la refroidit
Comment les vertébrés libèrent leur excédent de chaleur corporelle?
De nombreux vertébrés libèrent leur excédent de chaleur corporelle par transpiration
Comment l’eau stabilise la température atmosphérique ?
L’eau stabilise (exerce un effet modérateur sur) la température atmosphérique en absorbant la chaleur de l’air plus chaud et en libérant sa propre chaleur dans l’air plus froid.
Comment s’explique la chaleur spécifique élevée de l’eau?
par les liaisons hydrogène (quantité de chaleur qui doit être absorbée ou perdue par 1 g de substance pour modifier sa température de 1 °C).
Explication de la chaleur de vaporisation élevée de l’eau?
énergie nécessaire pour faire passer 1 g d’eau liquide en gaz est très élevée (2452 Joules)
requiert la rupture de nombreuses liaisons hydrogène (évaporation-refroidissement : transpiration).
Comment l’énergie thermique affecte les molécules d’eau?
L’énergie thermique est d’abord utilisée pour rompre les liaisons H avant de fournir l’énergie nécessaire au mouvement des molécules d’eau conduisant à une élévation de la température (T° ébullition : 100°C).
Qui est plus dense entre l’eau solide et l’eau liquide ?
L’eau solide est moins dense que l’eau liquide…
Comment se fait-il que l’eau solide soit moins dense que l’eau liquide ?
Aux basses températures, les molécules d’eau sont bloquées dans un réseau cristallin constitué par les liaisons H et forment le solide : glace.
Modification de la masse volumique selon les états :
glace = arrangement cristallin avec les 4 liaisons hydrogènes figées
liquide = les molécules sont plus proches les unes des autres
Que préserve la glace qui flotte ?
La glace qui flotte préserve la vie dans les océans et les lacs
Quelle est la forme cristalline la plus courante pour l’eau?
L’eau a de nombreuses formes cristallines différentes; la glace hexagonale est la plus courante.
Pourquoi la glace hexagonale est la plus fréquente forme cristalline de l’eau?
La glace hexagonale forme un réseau organisé et a donc une faible entropie.
Via la glace hexagonale, qu’est-ce qui explique que l’eau sous forme de solide est moins dense que l’eau sous forme liquide ?
La glace hexagonale contient un maximum de liaisons hydrogène / molécule d’eau, forçant les molécules d’eau à s’organiser de manière équidistante.
=> la glace a une densité inférieure à celle de l’eau liquide
L’eau est un bon solvant pour quelles substances ?
Ceux qui sont chargées et polaires:
acides aminés et peptides
petits alcools
les glucides
L’eau est un mauvais solvant pour quelles substances ?
Les non polaires:
gaz non polaires
fragments aromatiques
chaînes aliphatiques
Exemple de substance polaire
Glucose
Glycine
Aspartate
Lactate
Glycérol
Exemple de substances non polaires
Cire
Exemple de molécules amphipathiques
Phenylalanine
Phosphatidylcholine
L’eau est un solvant qui permet aux ions et molécules polaires de faire quoi ?
L’eau est un solvant permettant aux ions et molécules polaires de se mouvoir
Hydratation
Un cristal de sel se dissout dans l’eau : les ions à la surface du cristal sont exposés aux molécules d’eau et subissent des attractions
—> les molécules d’eau finissent par entourer tout à fait l’ion = hydratation.
L’ion est alors dissout.
Lors de l’hydratation, les atomes d’oxygènes de charge partielle négative sont attirées par qui?
Des cations sodiums Na+
Lors de l’hydratation, les atomes d’hydrogènes de charge partielle positive subissent l’attraction de qui ?
Anions chlorure Cl-
Définition de soluté
Substance dissouteD
définition de solvant
Agent dissolvant
Définition de solution
Mélange homogène sous forme liquide des deux substances (solvant et soluté)
Qu’implique la solubilisation/dissolution de sels ?
Rupture d’interactions ioniques
Les interactions non-covalences n’impliquent pas quoi?
le partage d’une paire d’électrons.
Définition d’interactions ioniques (coulombiques)
interactions électrostatiques entre des espèces chargées en permanence, ou entre l’ion et un dipôle permanent
Définition d’interactions dipolaires
interactions électrostatiques entre molécules non chargées mais polaires
définition d’interactions de van der waals
interactions faibles entre tous les atomes, quelle que soit la polarité
composant attractif (dispersion) et répulsif (stérique)
Défintion d’effet hydrophobe
phénomène complexe associé à l’ordre/organisation des molécules d’eau autour des substances non polaires
explication de l’effet hydrophobe
Désigne l’association ou l’interaction de molécules non polaires ou de composants de molécules dans la solution aqueuse
L’effet hydrophobe est l’un des principaux facteurs qui sous-tend?
le repliement des protéines
les interactions «protéine-protéine»
la formation de micelles lipidiques
les liaisons des hormones stéroïdiennes à leurs récepteurs
Pourquoi les solutés hydrophobes ont une faible solubilité?
Low entropy is thermodynamically unfavorable, thus hydrophobic solutes have low solubility.
Comment sont les molécules d’eau autour des chaines des acides gras à longues chaines
Long-chain fatty acids have very hydrophobic alkyl chains, each of which is surrounded by a layer of highly ordered water molecules.
Comment sont les molécules lipidiques sont dans une solution aqueuse ?
Les molécules lipidiques se dispersent dans la solution
Comment sont les molécules d’eau autour des queues non polaires des molécules lipidiques ?
les queues non polaires des molécules lipidiques sont entourées de molécules d’eau ordonnées.
L’entropie du système diminue.
Le système est maintenant dans un état défavorable.
Pourquoi les parties non polaires de la molécule amphipathique s’agrègent ?
Les parties non polaires de la molécule amphipathique s’agrègent de sorte que moins de molécules d’eau sont ordonnées et que l’entropie augmente.
Tous les groupes non polaires sont séquestrés dans l’eau et les molécules d’eau libérées augmentent encore l’entropie.
Seuls les «groupes de tête» polaires sont exposés.
Comment obtenir des micelles?
Avec une concentration suffisamment élevée de molécules amphipathiques, une agrégation complète en micelles est possible.
Que se passe-t-il quand on obtient des micelles
All hydrophobic groups are sequestered from water; ordered shell of H2O molecules is minimized, an entropy is further increased
Que fait l’eau vis-à-vis des molécules apolaires ?
L’eau «organise» les molécules apolaires (hydrophobes)
Définition de hydrophile
Hydrophile : substance (ionique ou polaire) ayant une affinité pour l’eau
- Attention MÊME SI NON SOLUBLE
Ex : cellulose (grande taille : formation de colloïdes)
Définition d’hydrophobe
substances n’ayant aucune affinité pour l’eau.
Elles sont repoussées et exclues par les molécules d’eau…
Pourquoi les molécules polaires s’agrègent dans l’eau?
> les molécules apolaires s’agrègent dans l’eau (= exclusion hydrophobe> effet hydrophobe). L’eau les pousse à adopter certaines conformations.
Ex: Huile, membranes cellulaires, conformation de segments protéiques hydrophobes
(prédominance de liaisons covalentes non polarisées : C-H)
C’est quoi le lysozyme ?
Le lysozyme est une protéine globulaire (129 aa) rencontrée dans des sécrétions (larmes, salive, lait maternel, mucus) : hydrolase acide sécrétée par les granulocytes et les monocytes qui détruit la paroi bactérienne en catalysant l’hydrolyse de glycosaminoglycanes…
Caractéristique des sites de liaisons dans les enzymes et les récepteurs ?
Les sites de liaison dans les enzymes et les récepteurs sont souvent hydrophobes.
Les sites de liaisons dans enzymes et les récepteurs qui sont hydrophobes peuvent se lier à ?
De tels sites peuvent se lier à des substrats hydrophobes et des ligands, tels que des hormones stéroïdes, qui déplacent l’eau et augmentent l’entropie du système.
Pourquoi la libération d’eau favorise la formation d’un complexe enzyme-substrat ?
Bien que séparés, l’enzyme et le substrat forcent les molécules d’eau voisines dans une coquille ordonnée.
La liaison du substrat à l’enzyme libère une partie de l’eau ordonnée, et l’augmentation de l’entropie qui en résulte fournit une poussée thermodynamique vers la formation du complexe enzyme-substrat
Quel est lien entre la présence de solutés et les propriétés de l’eau?
La presence de solutés change les propiétés de l’eau
propriétés colligatives
point d’ébullition, point de fusion et osmolarité.
Elles ne dépendent pas de la nature du soluté, juste de la concentration.
Propriétés non colligatives
viscosité, tension superficielle, goût et couleur.
Elles dépendent de la nature chimique du soluté
Pourquoi le cytoplasme des cellules sont des solutions hautement concentrées et pourquoi ont-ils une pression osmotique élevée ?
Le cytoplasme des cellules sont des solutions hautement concentrées et ont une pression osmotique élevée en raison des solutés dissous.
Que se passe-t-il pour les cellules en solution isotoniques?
Pas de mouvement net de l’eau
Que se passe-t-il pour les cellules dans une solution hypertonique ?
L’eau sort de de la cellule et la cellule est crénelée
Que se passe-t-il pour les cellules dans une solution hypotonique ?
L’eau rentre dans la cellule et cela crée une grande pression à l’intérieur de la cellule et la cellule va gonfler et risque d’éclater
Les propriétés physiques de l’eau
Les propriétés physiques de l’eau sont explicables par les liaisons hydrogène et contribuent à maintenir l’environnement terrestre propice à la vie
Quelles sont les propriétés physiques de l’eau ?
Cohésion
Chaleur spécifique élevée
Chaleur de vaporisation élevée
Densité faible de la glace
Solubilité
Explication de la cohésion
Les molécules d’eau sont liées entre elles par des liaisons hydrogènes
Exemple de cohésion dans des organismes
L’ascension de l’eau depuis les racines jusqu’aux feuilles; imbibition et germination des graines
Explication de la chaleur spécifique élevée
La rupture de liaison hydrogène absorbe de la chaleur, leur formation en libère, ce qui limites les écarts de température
Exemple de chaleurs spécifiques élevées dans l’organisme
L’eau stabilise la température des organismes et de l’environnement
Explication de la chaleur de vaporisation élevée
L’évaporation de l’eau exige la rupture de nombreuses liaisons hydrogènes
Exemple de chaleur de vaporisation élevée dans l’organismes
L’évaporation de l’eau refroidit l’organisme en surface
Explication de la densité faible de la glace
Dans les cristaux de glace les liaison hydrogène maintiennent les molécules d’eau relativement éloignées les unes des autres
exemple du rôle de la densité faible de la glace chez des organismes
La faible densité de la glace par rapport à l’eau liquide forme une couche isolante en surface des lacs et des océans empêchant les organismes sous-jacentes de geler
Explication de la solubilité
Les molécules d’eau, polaires, sont attirées par les ions et molécules polaires et les solubilisent.
Exemple de solubilité dans les organismes ?
De nombreuses molécules se déplacent librement dans le milieu cellulaire aqueux, facilitant les réactions chimiques
Liaisons OH
Les liaisons O-H sont polaires et peuvent se dissocier. Les produits sont un proton (H +) et un ion hydroxyde (OH–).
Quel type de processus est la dissociation de l’eau ?
La dissociation de l’eau est un processus réversible rapide.
L’équilibre est fortement déplacé vers la gauche (faible Keq
Dans quel état sont la plupart des molécules d’eau (ionisation)?
La plupart des molécules d’eau restent non ionisées, l’eau pure a donc une très faible conductivité électrique.
Que forment les protons H+ ?
Les protons n’existent pas librement en solution mais forment des ions hydronium (H3O+).
Que forme l’eau?
Des ions
Caractéristiques des ions formés par l’eau?
1) Il arrive qu’une liaison covalente d’une molécule d’eau se rompe.
2) Réversible et rare (1 molécule/550 millions…) dans l’eau pure à 25°C
3) A l’équilibre, la concentration molaire volumique de H+ et OH- dans l’eau pure (10-7 mole/L) à 25°C
4) Protons et ions hydroxydes sont REACTIFS
5) Les ions H+ s’associent généralement avec une molécule d’eau pour former l’ion hydronium H3O+
6) pH : acidité et basicité d’une solution….impact sur les organismes vivants et réactions biochimiques
Définition d’une mole
masse (g) correspondant à la somme des masses atomiques de tous les atomes d’une molécule.
Définition du pH
Le pH est défini comme le logarithme négatif de la concentration en ions hydrogène.
A quelle valeur le pH et le pOH doivent toujours s’élever ?
Le pH et le pOH doivent toujours s’élever à 14.
Quelle est la valeur du pH en solution neutre ?
En solution neutre, [H+] = [OH–] et le pH est de 7.
Définition du variation de pH
déséquilibre dans les concentrations molaires volumiques des ions H+ et OH-
Définition d’acide
tout soluté qui augmente la concentration molaire volumique des protons d’une solution / donneurs de H+
Exemple d’acide fort et d’acide faible
HCl : acide fort et donc complètement dissocié
H2CO3 : acide faible
Définition de base
Tout soluté qui réduit la concentration molaire volumique des protons d’une solution en les acceptant ou en s’y combinant / accepteurs de H +
Exemple de bases
NH3, NaOH
Pourquoi le maintien du pH intracellulaire est vital pour toutes les cellules ?
Les réactions catalysées par des enzymes ont un pH optimal.
La solubilité des molécules polaires dépend des donneurs et accepteurs de liaisons H.
L’équilibre entre le gaz CO2 et le HCO3 dissous dépend du pH.
Les systèmes tampons in vivo sont principalement basés sur ?
- phosphate, concentration millimolaire
- bicarbonate, important pour le plasma sanguin
- histidine, tampon efficace à pH neutre
Les systèmes tampons in vitro sont souvent basés sur ?
des acides sulfoniques d’amines cycliques
Quelle est la valeur du produits des concentrations molaires dans toute solution aqueuse ?
Dans toute solution aqueuse, le produit des concentrations molaires volumiques de H+ et OH- est de 10-14
[H +] [OH-] = 10^-14
Quelle est la valeur du pH dans nos cellules ?
Cellules : pH ± 7 (neutralité et tolérance étroite)
Définition et exemple de tampon
substance qui réduit au minimum la variation des concentrations molaires volumiques en H+ et OH- dans une solution.
En biologie: H2CO3/HCO3-
Comment les tampons aident à stabiliser le pH ?
Les tampons sont des substances résistantes à des changements de pH: agissent en libérant des H+ si on ajoute une base et en captant des H+ si on ajoute un acide
Qu’arrive-t-il aux enzymes suite à la variation de pH ?
Les enzymes sont sensibles aux ∆pH : perte de conformation et donc d’activité lors de variations de pH (même faibles)
Quel est le système de tampon dans le corps humain ?
Dans le sang humain: système tampon constitué de bicarbonate (base) et d’acide carbonique (acide)
Qu’est-ce qui peut faire varier le pH au sein du corps humain ?
Réactions chimiques produisant des bases et des acides
Ingestion aliments (“cola”)
