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Biophysique > Etat de la matière > Flashcards

Etat de la matière Flashcards

1
Q

De quoi découlent les propriétés chimiques et biologiques des atomes et des molécules ?

A

de leur structure électronique

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Q

Combien d’éléments chimiques sont-ils connus ?

A

112

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3
Q

Définition corps pur

A

ensemble de molécules ou d’atome identiques (ex. bouteille d’eau pure)
> corps simples ou composés

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Q

Définition corps simple

A

ensemble d’atomes identiques (ex.O2)

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Q

Définition corps composé

A

ensemble de molécule identiques composées d’atomes de nature différente (ex.H2O)

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6
Q

Définition et valeur Nombre d’Avogadro (Na)

A

> nombre d’entité élémentaire qui se trouvent dans une mole de matière
Na = 6,02.10^23 mol-1

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7
Q

A quoi est due la différence de comportement des différents états ?

A

aux différences de liaisons intermoléculaires

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8
Q

Définition système

A

ensemble de constituants de masse déterminée et de volume défini

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9
Q

A quoi est liée la description de tout système ?

A

à la température
> elle ponctue les différentes étapes de la transformation d’un solide en liquide puis en gaz

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10
Q

Définition milieu extérieur

A

tout ce qui entoure le système, qui ne lui appartient pas

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11
Q

Définition système isolé

A

séparé du milieu extérieur par des parois imperméables et adiabatiques
> aucun échange (énergie, matière, chaleur) avec l’extérieur

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12
Q

Définition système fermé

A

masse et composition invariables dans le temps
> échange d’énergie (travail ou chaleur) mais pas de matière avec l’extérieur

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13
Q

Définition système ouvert

A

masse et composition variables dans le temps
> échange d’énergie ou de matière avec l’extérieur

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14
Q

Définition énergie

A

grandeur fondamentale de la physique, capable de se transformer en travail et en chaleur

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15
Q

Relation entre énergie et force

A

l’action d’une force sur une distance donnée correspond à un travail ou une énergie
> E = (m.g).d
= F.d

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16
Q

Travail effectué par un système sur son environnement

A

négatif : perte d’énergie pour le sytème

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17
Q

Travail effectué par l’environnement sur le système

A

positif : gain d’énergie pour le système

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18
Q

Classification de l’énergie liée à la matière :

A

énergie mécanique :
> de mouvement (=énergie cinétique)
> de position (=énergie potentielle)
> liée à l’agitation moléculaire (=énergie thermique)

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19
Q

Equivalence du Joule

A

> J = kg.m².s-²
1J = 1 newton x 1 mètre = 1 coulomb x 1 volt

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20
Q

Définition calorie

A

> quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 gramme d’eau de 14,5° à 15,5°
1 calorie = 4,1855 J

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21
Q

Définition électron-volt

A

> énergie acquise par un électron soumis à un potentiel électrique de 1 volt
1 eV = 1,6.10^-19 J

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22
Q

Principe de conservation de l’énergie

A

Ep + Ec = constante

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23
Q

Formule énergie cinétique

A

Ec = 1/2.m.v²

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24
Q

Formule énergie potentielle

A

Ep = m.γ.l
avec γ : accélération
l : longueur

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25
Q

Définition énergie thermique

A

> agitation désordonnée de ses molécules ou atomes
mouvements de translation, rotation et vibration

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26
Q

Formule énergie cinétique moyenne (gaz parfait)

A

Ê = n.(kT/2)
avec
k= (R/Na) = 1,38.10^-23 J/degré = constante de Boltzmann

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27
Q

Energie pour un gaz monoatomique

A

energie de translation uniquement

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28
Q

Energie pour un gaz biatomique

A

énergies de translation et de rotation

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29
Q

Energie pour un gaz pluri-atomique

A

énergies de translation, de rotation et de vibration

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30
Q

Objectif des lois de la thermodynamique

A

étudier les systèmes et leur évolution en fonction des échanges d’énergie avec le milieu extérieur

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31
Q

Que se passe-t-il en cas d’échange d’énergie avec le milieu extérieur ?

A

Le système subit une transformation qui modifie les variables qui décrivent son état à notre échelle microscopique
> changement d’état

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32
Q

Thermodynamique classique

A

explique le comportement des systèmes en fonctions des grandeurs (température, énergie, entropie, etc)

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33
Q

Thermodynamique statistique

A

explique l’origine des variables thermodynamiques (température, pression, chaleur, entropie, travail) en les reliant à l’agitation moléculaire

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34
Q

Thermodynamique appliquée à la biologie (=bioénergie)

A

étude de la dynamique des échanges d’énergie associées à des phénomènes biochimiques

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35
Q

Pour quoi est utilisée la thermodynamique ?

A

pour envisager tous les domaines où il est question d’échanges d’énergie ou de matière, sous quelque forme qu’ils soient

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36
Q

Définition chaleur

A

> notion subjective de la température
traduit un transfert d’énergie thermique (=échange)

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37
Q

Définition température

A

> grandeur mesurable
décrit un degré d’agitation des particules (=état)

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38
Q

Corps chaud

A

la température, le désordre et l’agitation thermique diminuent

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39
Q

Corps froid

A

la température, le désordre et l’agitation thermique augmentent

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40
Q

Principe de l’équilibre thermique

A

Pour deux systèmes de températures différents au contact de l’autre :
> le plus chaud se refroidit
> le plus froid se réchauffe
jusqu’à égalité des température

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41
Q

Que se passe-t-il lors d’un changement d’état pour un corps pur ?

A

il ne change pas de température malgré un échange d’énergie sous forme de chaleur

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42
Q

Définition énergie interne U

A

> somme de toutes les formes d’énergie contenues dans ce système
énergie associée à la mécanique interne du système à l’échelle microscopique

43
Q

Formule énergie interne U

A

U = ΣEp = ΣEc

44
Q

Formule variation d’énergie interne ΔU

A

ΔU = Uf - Ui
= ΔQ+ΔW

45
Q

1ère loi thermodynamique

A

lors de toute transformation, il y a conservation de l’énergie

46
Q

2e loi thermodynamique

A

s’il est toujours possible de transformer de l’énergie mécanique, électrique ou chimique en chaleur, l’inverse n’est pas complètement possible, en tout cas pas de façon spontanée

47
Q

Que définit la 2e loi de TD

A

le sens le plus probable des transformations spontanées

48
Q

Définition entropie S

A

grandeur thermodynamique qui mesure le degré de désordre des atomes et molécules du système

49
Q

Formule entropie S

A

S = (ΔQ)/T en J/K-1

/!/ S augmente même lorsque T augmente car ΔQ augmente plus dans le même temps

50
Q

Principe de Nernst

A

lorsque T = 0 kelvin alors l’entropie S est aussi égale à 0

51
Q

Principe zéro

A

si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un 3e, ils sont en équilibre thermique entre eux

52
Q

De quoi dépendent les différences observables entre les états ?

A

des interactions entre les molécules

53
Q

De quoi dépendent les interactions entre les molécules ?

A
  • forces d’attraction
  • forces de répulsion
  • agitation thermique (=mouvement Brownien)
54
Q

Liaisons intramoléculaires fortes

A
  • liaison covalente/atomique
  • liaison ionique
  • liaison métallique
55
Q

Liaison covalente/atomique

A
  • très forte (400-800 kJ.mol-1)
  • courte distance
  • très difficile à rompre
  • fige l’édifice moléculaire
  • partage d’électrons de valence entre 2 atomes
56
Q

Liaison ionique

A
  • grande distance (1/r)
  • liaison électrostatique entre les ions
  • les + et les - s’attirent
  • se dissocie sous l’action d’un solvant polaire
  • résulte des interactions conlombiennes entre les ions de charges opposées
57
Q

Liaison métallique

A
  • forte
  • entre les atomes d’un métal : les électrons de valence des métaux quittent l’atome et deviennent libres, formant une mer d’électrons ; création d’une attraction entre les cations métalliques et la mer d’électrons
  • liaison chimique forte : résulte de l’action d’un fluide d’électrons délocalisés unissant des atomes ionisés positivement
58
Q

Définition solvatation

A

phénomène physico-chimique observé lors de la dissolution d’un composant chimique dans un solvant

59
Q

Liaisons intermoléculaires

A
  • entre 2 ions (1/r)
  • entre 2 molécules neutres = forces de Van der Waals (1/r6)
  • entre 1 molécule neutre et un ion (1/r²)
60
Q

Forces de Born ou de Pauli

A
  • Quand les molécules sont très près les unes des autres, des forces de répulsions fonction de la distance apparaissent
  • F = 1/r¹³
61
Q

Effets des forces de Born/Pauli

A
  • empêcher le recouvrement orbital des molécules entre elles
  • négligeables au-delà de 1,25x le diamètre moléculaire
62
Q

Forces de liaison

A

=> les forces attractives et répulsives d’équilibre pour une distance donnée (=rayon de Van der Waals) :
- position moyenne (les molécules se déplacent en permanence)
- energie potentielle du système à son minimum

63
Q

Unité de Van der Waals

A

Å = 10-¹⁰ m

64
Q

Définition mouvement Brownien

A

=> phénomène d’agitation thermique désordonnée
- l’énergie cinétique moyenne est proportionnelle à la température absolue

65
Q

Mouvement Brownien et état de la matière

A
  • gaz > liquide
  • absent dans les solides
66
Q

Quand cesse l’agitation moléculaire

A

au 0 absolu (= -273 K)

67
Q

De quoi dépend le comportement macroscopique (=état) d’une molécule ?

A

de l’importance des énergies de liaison et de translation

68
Q

Comment calcule-t-on l’énergie totale d’une molécule ?

A

E totale = E liaison + E translation + E rotation + E vibration

69
Q

Quels sont les trois états fondamentaux de la matière ?

A
  • solide
  • liquide
  • gazeux
70
Q

Etat solide

A
  • Energie de liaison > énergie de translation
  • les molécules ne peuvent pas se séparer les unes des autres
  • pas de mouvement Brownien, ni d’énergie de translation
  • état condensé/cohérent, ordonné/cristallin ou désordonné/amorphe
  • forme propre
  • incompressible
  • volume défini
71
Q

Etat gazeux

A
  • E translation > > E liaison, E rotation, E vibration
  • molécules indépendantes les unes des autres
  • état non condensé, désordonné, sans forme propre (=fluide), compressible
  • mouvements Brownien ++
72
Q

Gaz parfait

A

molécules :
- faiblement concentrées (=pression faible)
- volumes faibles par rapport au volume offert
- pas d’interaction entre elles

73
Q

Gaz réel

A

molécules :
- plus concentrées (= pression forte)
- plus grosses
- partie non négligeable du volume offert
- interactions possiblesEt

74
Q

Etat liquide

A
  • E translation ≈ E liaison
  • molécules au contact les unes des autres
  • peuvent quitter l’interaction de leur voisine mais retombe sous l’emprise d’une molécule proche
  • état condensé, ordonné à courte distance, désordonné à longue distance, sans forme propre
  • mouvement Brownien
  • quasiment incompressible
  • ménisques (concave ou convexe)
75
Q

En conditions normales de température et de pression, quelle est la distance entre les molécules pour chaque état ?

A
  • gaz parfait : 30 Å
  • gaz réel : 30 Å (densité faible)
  • liquide : 3Å (densité élevée)
76
Q

Comment se crée un dipôle électrique

A

molécules électriquement neutres:
- inégale répartition des charges positives par rapport aux charges négatives sur des groupes d’atomes constitutifs
- molécule dont les centres de gravité des charges ne coïncident pas

77
Q

Définition moment dipolaire

A

grandeur vectorielle, orientée de la charge négative (q⁻) vers la charge positive (q⁺) espacées d’une distance d, de module q.d (en C.m)

78
Q

Catégories de dipôles

A

3 :
- permanent
- induit
- instantané

79
Q

Définition dipôle permanent

A

structure dipolaire naturelle de la molécule : en l’absence d’influence extérieure, il y a inégalités de répartition des charges
ex. H₂0

80
Q

Définition liaison hydrogène

A

Liaison électrostatique (+ forte que les autres interactions dipole-dipole) qui se crée lorsqu’un atome d’hydrogène + petit atome électronégatif (ex. O-H ; N-H)
se trouve à proximité d’un autre atome électronégatif
=> orientée !

81
Q

Doublets non liants des atomes N, O et F

A
  • O = 2 doublets non liants
  • N = 1 doublet non liant
  • F = 3 doublet non liants
    => leurs doublets sont préférentiellement localisés dans certaines directions, la liaison hydrogène est donc orientée
82
Q

moment dipolaire de l’eau

A

1,84 C.m
=> élevée

83
Q

Qu’explique la liaison hydrogène ?

A

les propriétés physiques de l’eau

84
Q

Molécule d’H₂0

A
  • doublet électroniques de O-H attirés par l’oxygène + que par l’hydrogène
  • addition des deux dipôles pour former un dipôle résultant
85
Q

Définition dipôle induit

A

molécules qui, en l’absence d’action extérieure, ne présentent pas de structure dipolaire
=> répartition des charges + et - aléatoire

86
Q

Comment apparait un dipôle induit ?

A

sous l’effet d’un champ électrique (d’une autre molécule polaire ou d’un ion)

87
Q

Définition dipôle instantané

A
  • un électron négatif et un noyau positif forment un dipôle dont l’orientation varie dans le temps
  • la répartition du nuage électronique n’est symétrique qu’en moyenne dans le temps
  • les mouvement des électrons à l’intérieur de la molécule entraînent des dissymétries instantanées qui peuvent induire des dipôles instantanés
88
Q

A quoi peuvent être assimilé les mouvement des électrons ?

A

à de petits dipôles instantanés

89
Q

Forces de London

A

forces attractives électrodynamiques
=> le dipôle moyen est nul

90
Q

Structure ordonnée

A

solide cristallisé

91
Q

Réseau cristallin

A

maillage, empilement périodique d’atome

92
Q

Définition cristallographie

A

étude de la formation, de la structure et des propriétés des cristaux

93
Q

Etat cristallin

A
  • presque parfaitement ordonné
  • seul facteur de désordre = vibration des atomes autour de leur position d’équilibre + rotation pour les cristaux moléculaires
94
Q

Types de solides cristallisés

A
  • cristaux métalliques : réseau de cations baignant dans un gaz d’électrons libres (ex. Au, Cu)
  • cristaux ioniques : réseaux imbriqués d’ions + et - (ex. NaCl)
  • cristaux atomiques : réseau d’atomes liés par des liaisons covalentes (ex. C)
  • cristaux moléculaires : réseau de molécules liées par des interactions de Van der Walls (ex. H₂O solide)
95
Q

Modèle du gaz parfait

A

modèle thermodynamique décrivant le comportement de tous les gaz réels à basse pression P

96
Q

Que doit vérifier un gaz parfait ?

A

la loi de Boyle-Mariotte ET la loi d’Avogadro

97
Q

Loi de Boyle-Mariotte

A

P.V = constant
et fonction de la température uniquement

98
Q

Loi d’Avogadro

A

tous les gaz ont le même volume molaire dans les mêmes conditions de pression et de température

99
Q

Eau dans l’organisme

A
  • présente chez tous les êtres vivants
  • Homme = principal constituant
  • l’eau totale représente 65% du poids corporel humain
100
Q

Répartition de l’eau totale chez l’Homme

A
  • eau intracellulaire : 40%
  • eau extracellulaire : 20%
    3/4 eau interstitielle : 15%
    1/2 eau plasmatique : 5%
101
Q

Elimination de l’eau

A
  • urine
  • respiration
  • sueur
  • fèces
102
Q

Apport d’eau

A
  • boisson
  • perfusion
  • nutriments
103
Q

Equilibre eau

A

les pertes sont adaptées aux apport, préservant un équilibre et évitant les modifications des cellules

104
Q
A

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