Thermodynamique Flashcards
Définir la thermodynamique
L’étude du monde vu par le prisme de l’énergie
À quoi s’appliquent les lois de la thermodynamique ?
À tout l’univers, y compris aux êtres vivants et aux réactions chimiques à la base de la vie
Qu’est-ce que la thermodynamique fournie ?
Des équations pour prédire le déroulement de réactions chimiques, catalysées ou non par des enzymes
Définir les sytèmes vivants
Ce sont des machines à transformer l’énergie
La survie des systèmes vivants dépend de quoi ?
De leur capacité à extraire l’énergie de leur environnement
À quoi est nécessaire l’énergie ?
Au maintien de :
- La forme
- L’activité
En quoi l’énergie est-elle nécessaire à la forme ?
Organisation de la cellule, ordre des cellules dans un tissu, agencement des tissus dans un organe, etc…
En quoi l’énergie est-elle nécessaire à l’activité ?
Mouvement, pensée, extraction de la nourriture, etc..
D’où provient l’énergie qui propulse la vie sur Terre ?
Principalement du soleil
Le rendement de la photosynthèse est-il faible ou élevé ?
Faible : 0,05% de l’énergie solaire qui atteint la Terre mène à la production de molécules organiques
Où est perdue l’énergie solaire ?
Beaucoup d’énergie est perdue à chaque niveau trophique de la chaîne alimentaire
Donner la chaîne de la photosynthèse
- Photosynthèse : 1er producteur
- Herbivores : 1er consommateur
- Carnivores : 2e consommateur
Donner la chaîne alimentaire homme/truite en un an
- 300 truites sont requises pour nourrir un homme pdnt un an
- En un an, ces truites ont dû consommer 90 000 grenouilles
- Ces grenouilles ont consommé 27 millions de sauterelles
- Ces sauterelles ont consommé 1000 tonnes d’herbe
En milieu anaéorobique, que se passe-t-il pour les carbohydrates ?
Peuvent être métabolisés par les archées méthanogènes
Où est-ce que les carbohydrates peuvent-être métabolisés par les archées méthanogènes ?
Dans le tube digestif des ruminants et dans les sols, par exemple
De quoi sont capables les carbohydrates métabolisés par les archées méthanogènes ?
Ils sont capables de métaboliser la cellulose
Quelles sont les dernières étapes du métabolisme ?
CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O
CH3COOH -> CH4 + CO
Comment est l’oxygène pour les carbohydrates métabolisés par les archées méthanogènes ?
Pour ces organismes procaryotes, l’oxygène est très toxique
Quelle est la puissance du méthane ?
Le méthane est un gaz à effet de serre 84x plus puissant que le CO2 (sur une période de 20 ans)
Beaucoup d’énergie est perdue à chaque étape de la chaine alimentaire. Vrai ou Faux ?
Vrai
Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil ?
- Plante
- Herbivore et carnivore
Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil dans les plantes ?
- Une partie excédentaire de l’énergie solaire est transformée en chaleur ou fluorescence
- Une partie sert aux fonctions de la plante (croissance, défense, reproduction)
Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil chez les herbivores et carnivores ?
- Une partie sert à du travail : convertie en énergie mécanique (énergie potentielle et cinétique), par le biais de la contraction musculaire
- Une partie sert pour les fonctions physiologiques et métaboliques
- Une grande partie de cette énergie est convertie en chaleur
L’énergie fournie par le soleil est-elle réellement perdue ?
Non, elle est transformée
En quoi est transformée l’énergie fournie par le soleil ?
En d’autres formes d’énergies : lumière, chaleur, énergies mécaniques, électriques et chimiques
Que stipule le premier principe de la thermodynamique ?
Stipule que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite
Est-ce que le premier principe de la thermodynamique est respecté chez les formes vivantes ? Pourquoi ?
Car l’énergie provenant du soleil n’est pas perdue mais transformée => la vie ne mène pas à la création ou à la destruction de l’énergie, mais à sa transformation
Quelle est la représentation mathématique d’un changement d’énergie d’un système ?
ΔU
Quelle est la représentation mathématique de l’énergie d’un sytème au début d’un processus ?
Ui
Quelle est la représentation mathématique de l’énergie d’un sytème à la fin d’un processus ?
Uf
Quelle est la formule du changement d’énergie d’un système ?
ΔU = Uf- Ui
De quoi dépend le changement d’énergie d’un système ?
Uniquement de son état initial et de son état final, peu importe les transformations ou les chemins empruntés lors de ce changement
Qu’est-ce qu’est l’énergie ?
Une fonction d’état
Que limitent les contraintes ?
Les contraintes limitent les types de transformations que l’énergie peut subir dans les processus physiques et chimiques
Quel est le deuxième principe de la thermodynamique ?
L’univers tend vers un désordre maximal
Le deuxième principe est déduit par quoi ? Expliquer
Déduit par l’observation : on observe en effet que le désordre d’objets isolés laissés à eux-mêmes augmente avec le temps
Que se passe-t-il à l’ouverture de la valve dans l’exemple des deux ballons communicants ?
Diffusion du gaz vers l’autre ballon : création de désordre
Que se passe-t-il à l’équilibre dans l’exemple des deux ballons communicants ?
Autant de chances de rencontrer une molécule de gaz dans un ballon que dans l’autre ballon (état le plus probable)
Y-a-t-il une probabilité non nulle que toutes les molécules se retrouvent seulement dans le ballon de droite ?
Oui
En théorie, comment peut-on mesurer le désordre ?
En théorie, on peut mesurer le désordre d’un système par un calcul de probabilité
Comment s’appelle la mesure du désordre d’un système par un calcul de probabilité ?
L’entropie (S)
Que mesure S?
S mesure le niveau de désordre, de probabilité de l’état du système
Appliquer le principe de l’entropie à l’exemple des ballons
Expansion spontanée du gaz vers le deuxième ballon (désordre augmente) entraîne donc une augmentation de S (entropie)
Comment tout processus spontané impacte l’entropie de l’univers ?
Tout processus spontané (si l’énergie est constante) entraîne une augmentation de l’entropie de l’univers
ΔSunivers > ou < à 0 ?
ΔSunivers > 0
Donner la définition d’un système
Matière dans une région définie de l’espace
Donner la définition de l’univers
Système, + ce qui entoure ce système (environnement)
Le système interagit-il tout le temps avec son environnement ?
Le système peut ou non interagir avec son environnement
Comment se nomme un système s’il y a un échange de matière et d’énergie avec son environnement ?
Système ouvert
Comment se nomme un système s’il y a seulement un échange d’énergie avec son environnement (ex: chaleur) ?
Système fermé
Comment se nomme un système si rien n’est échangé avec son environnement ?
Système isolé
Les êtres vivants sont quel type de système ?
Système ouvert => échange de matière et d’énergie (chaleur) avec leur environnement
Fill in the blancks
Quel est l’impact de la formation d’une structure biologique en terme d’ordre ?
Création d’ordre
La formation d’une structure biologique est-elle en accord ou en désaccord avec le 2e principe de la thermodynamique ? Pourquoi ?
En apparence, en contradiction avec le 2e principe de la thermodynamique puisque la création d’ordre diminue l’entropie
Qu’est-il nécessaire de faire pour respecter le 2e principe de la thermodynamique lors de la formation d’une structure biologique ?
La création d’ordre dans le système biologique (diminution d’entropie dans système ouvert) doit être compensée par une augmentation du désordre (entropie) d’au moins égale importance dans son environnement
Donner un exemple général de diminution d’entropie d’un système mais ainsi d’augmentation d’entropie de son environnement
Faire le ménage (créer de l’ordre) de votre chambre (système) => augmente le désordre dans l’environnement (mais requiert de l’énergie !!!)
Ainsi pour créer de l’ordre, que faut-il faire ?
Pour créer de l’ordre, il faut fournir de l’énergie
Donner 3 exemples de “pour créer de l’ordre, il faut fournir de l’énergie” dans le système biologique
- Consommation de molécules d’ATP fournit l’énergie pour créer des liens covalents (donc créer de l’ordre dans les molécules)
- Consommation d’ATP = dégagement de chaleur dans l’environnement => + grande diffusion de l’air => augmentation de l’entropie de l’environnement
- Pour produire l’ATP : digestion de nourriture => induit aussi augmentation d’entropie : bris des liens (de l’ordre) des atomes dans les molécules ingérées
Existe-t-il un lien entre énergie, chaleur (une forme d’énergie) et entropie ?
Oui
Existe-t-il un lien entre les deux principes de thermodynamique ? Expliquer
Oui. En théorie, il est possible de calculer le changement d’énergie lié à une réaction chimique si on connait le changement d’entropie induit par cette réaction et vice versa
À quoi est proportionnelle l’énergie d’un système (ou d’une réaction) ?
À son potentiel de chaleur, que l’on définit comme H (enthalpie)
ΔSenvironnement = ?
ΔSenvironnement = -ΔHsystème/T
ΔSunivers = ?
ΔSunivers = ΔSsystème + ΔSenvironnement
et :
ΔSunivers = ΔSsytème - ΔHsystème/T
-TΔSunivers = ?
-TΔSunivers = ΔG
ΔG = ?
ΔG = ΔHsystème - TΔSsystème
Quelle est l’intérêt de l’équation impliquant ΔG
L’intérêt de cette équation est que la valeur de ΔG est uniquement reliée au système
Que représente ΔG ?
Représente le changement en énergie libre d’un système qui se transforme à température et pression constante
Que signifie ΔG ?
Énergie libre de Gibbs
Quel indicateur est ΔG ?
Indicateur de potentiel thermodynamique d’une réaction, énergie disponible pour faire un travail
Pour quoi est utile ΔG ?
Utile pour décrire l’énergétique des réactions biochimiques
Que signifie un ΔG négatif ?
La réaction se fait spontanément => exergonique (souvent exothermique mais pas tjrs)
Que signifie un ΔG=0 ?
La réaction est à l’équilibre => aucun changement apparent
Que signifie un ΔG positif ?
La réaction ne peut pas se faire spontanément => endergonique (souvent endothermique mais pas tjrs) => Cette réaction ne peut se faire que s’il y a un apport d’énergie de l’extérieur ?
ΔG donne-t-il des indications sur le moyen ou la vitesse de la réaction ?
ΔG. ne donne aucune indication sur le moyen ou la vitesse de la réaction
L’entropie de l’Univers augmente ou diminue continuellement ?
L’entropie de l’Univers augmente continuellement avec chaque évènement ou réaction
