Comme tout le reste dans l’univers, les organismes vivants sont composés de matière.
La matière est composée d’éléments : il en existe 92 (tableau de Mendeleev).
Définitions
La matière est composée d’éléments chimiques purs ou combinés, appelés composés. Elle occupe un espace et une masse
Un élément : substance impossible à décomposer en substances plus simples (92 éléments naturels) : O, H
Un composé : substance formée de deux ou plusieurs éléments en proportion définie (NaCl)
ELEMENTS COMPOSÉ
Parmi les 92 éléments chimiques, environ 25 sont essentiels à la vie :
carence en azote
carence en iode
Chaque élément est composé d’un type d’atome.
L’atome est la plus petite unité de matière possédant les mêmes propriétés que l’élément auquel il appartient.
Deux représentations d’un atome d’Hélium
électron (-) noyau = protons (+) et neutrons
Le neutron et le proton possèdent une masse presque identique.
L’électron a une masse de 1/2000 de celle du neutron ou du proton, on la considère donc comme négligeable.
Les atomes
Les atomes de différents éléments se distinguent par le nombre de particules élémentaires MAIS tous les atomes d’un même élément ont un nombre égal de protons dans leur noyau…
numéro atomique : nombre de protons (et d’électrons) dans le noyau
2He : 2 protons dans le noyau
Un atome est électriquement neutre : nb p+ = nb e-
nombre de masse : nombre de protons et de neutrons dans le noyau
2He : 2 protons dans le noyau et 2 neutrons (4-2) Ex : C, O, N, H, Na,…
masse atomique (moyenne) : estimée par le nombre de masse et calculée par la moyenne pondérée des masses atomiques des isotopes d’un élément et en prenant en compte leur abondance relative
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Les isotopes
Les isotopes sont les atomes d’un même élément possédant un même nombre de protons mais qui diffèrent par leur nombre de neutrons.
Les différentes formes atomiques d’un élément (isotopes) ont donc des masses atomiques différentes :
carbone 12 (99%), carbone 13 et carbone 14
6C, 6C, 6C
Les isotopes ont le même comportement dans les réactions chimiques Les isotopes 12 et 13 du carbone sont stables (noyau ne perd pas de
particule élémentaire)
L’isotope 14 : instable ou RADIO-ISOTOPE
Radio-isotope est un isotope dont le noyau se désintègre spontanément (le nombre de protons se modifie) libérant des particules et de l’énergie.
Ex : 14C se désintègre en azote 12 13 14
Configuration électronique
Figure 2.8
Les électrons remplissent les couches électroniques en commençant par les niveaux énergétiques les plus faibles = celles proches du noyau.
On ne passe à une couche électronique supérieure que quand la couche précédente est remplie (saturée).
Un atome a des propriétés chimiques qui dépendent principalement du nombre d’électrons présents dans la couche périphérique (= dernier niveau énergétique). Ces électrons s’appellent électrons de valence ou électrons périphériques.
Les atomes qui ont le même nombre d’électrons de valence ont un comportement chimique semblable.
ex : F, Cl (7 e- de valence, peuvent se combiner et former des composés avec le sodium)
Un atome dont le dernier niveau énergétique est saturé ne réagit pas.
He, Ne, Ar : gaz inertes et stables chimiquement
Les orbitales électroniques
Figure 2.9
Orbitale = espace tridimensionnel où l’électron (en mouvement) passe 90 % de son temps.
Chaque couche électronique compte un nombre déterminé d’orbitales de formes particulières.
Une même orbitale ne peut contenir que deux électrons.
La réactivité d’un atome dépend de la présence d’électrons non appariés (ou célibataires) dans une ou plusieurs orbitales de son dernier niveau énergétique.
Les molécules
Les atomes dont le dernier niveau énergétique est incomplet interagissent de manière à remplir leur dernière couche électronique.
Ces atomes sont retenus par des forces d’attraction appelées liaisons chimiques. L’ensemble des atomes liés ensemble = une molécule.
ex : H2, H2O (eau) ---> ADN (contient des milliers d’atomes)
ADN
La liaison covalente
Deux atomes mettent en commun une ou plusieurs paires d’électrons de valence.
La liaison covalente est une liaison chimique forte.
Chaque atome qui peut mettre en commun des électrons de valence possède une capacité de liaison correspondant au nombre de liaisons covalentes qu’il peut établir pour combler le dernier niveau énergétique.
Figure 2.11
La liaison ionique
Attractions sur les électrons très inégales et l’atome le plus électronégatif arrache un électron.
Des ions sont des atomes (Na+, Cl-) ou molécules (NH4+) chargé(e)s.
un cation (= ion chargé +) et un anion (= ion chargé -) s’attirent selon leur charge positive et négative ---> liaison ionique
Les composés formés par des liaisons ioniques sont appelés sels.
Figure 2.13
Les liaisons chimiques faibles
jouent aussi un rôle très important dans les interactions entre les molécules du vivant.
- liaison ionique
- liaison hydrogène (= pont H) - forces de Van der Waals
La liaison hydrogène
Elle se forme quand un atome d’hydrogène déjà lié par liaison covalente à un atome électronégatif subit l’attraction d’un autre atome électronégatif.
Dans les cellules, l’oxygène (O) et l’azote (N) sont des atomes très électronégatifs.
charge partielle négative
charge partielle négative
Une réaction chimique permet, par la rupture de liaisons chimiques et la formation de nouvelles liaisons, des modifications dans la composition de la matière.
Les réactions chimiques ne peuvent ni créer ni détruire de la matières, elles ne peuvent que la réorganiser.
---> métabolisme cellulaire Les réactions chimiques