BORZUYA UNIVERSITY » 1ère année

Chapitre 6 : Bioenergétique

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 10:00:03 +0000

Introduction à la bioénergétique

La respiration cellulaire est composée de trois composantes:

1. Les réactions d’oxydoréduction (oxydo-réduction)

2. La chaîne respiratoire

3. La glycolyse

En fait les cellules vivantes ont besoin d’énergie provenant de sources externes. Certains animaux obtiennent de l’énergie en mangeant des plantes et quelques autres se nourrissent d’autres organismes qui se nourrissent de plantes, et les plantes reçoivent de l’énergie des rayons du soleil.

Pour résumé :

Les flux d’énergie dans un écosystème comme la lumière du soleil sous forme de chaleur.

↓

La photosynthèse génère O2 et des molécules organiques qui sont utilisés dans la respiration cellulaire.

↓

Les cellules utilisent l’énergie chimique stockée dans les molécules organiques pour régénérer l’ATP.

Ces voies cataboliques résultant de la production de l’ATP sont exergoniques (c.-à-d. que de l’énergie est libérée pendant le processus). Les cellules fonctionnent de différentes manières:

• La fermentation est une dégradation partielle des sucres qui se produit en l’absence d’O2.

• La respiration aérobie est la respiration cellulaire : il consomme des molécules organiques et donne de l’ATP.

• La respiration anaérobie est semblable à la respiration aérobie mais consomme des composés autres que l’O2.

Les réactions d’oxydoréduction (oxydation et réduction) impliquent : Un transfert d’électrons au cours des réactions chimiques qui libère l’énergie stockée dans les molécules organiques. L’énergie libérée est finalement utilisé pour synthétiser de l’ATP.

Le principe de redox

Les réactions chimiques qui transfèrent des électrons entre les réactifs sont appelées réactions d’oxydo-réduction, ou des réactions d’oxydo-réduction. Dans l’oxydation, une substance perd des électrons, ou est oxydé. En matière de réduction, une substance gagne des électrons, ou est réduit (la même quantité de charge positive est réduite)

Exemple: Na Cl → Cl- + Na+ Na = oxydé Cl = réduite

Nous pouvons schématiser d’une manière générale: agent réducteur + l’agent oxydant → agent réduit + agent oxydé

Le donneur d’électrons est appelé agent réducteur et le récepteur d’électrons est appelé l’agent oxydant. Certaines réactions redox ne transfèrent pas les électrons mais le partage d’électrons dans des liaisons covalentes.

Un exemple est la réaction entre le méthane et l’O2

La respiration cellulaire

Pendant la respiration cellulaire, le combustible (comme le glucose) est oxydé. L’oxygène est un agent très négative. Le glucose est le carburant de l’organisme, mais la réaction ne se produit pas en une seule étape mais au cours de plusieurs étapes; c’est une réaction très exergonique en Kcal / molécule.
Pourquoi il n’y a pas de combustion spontanée avec le glucose? Parce que l’énergie d’activation est élevée: la récolte d’énergie par étapes et la chaîne de transport d’électrons. Dans la respiration cellulaire, le glucose et d’autres molécules organiques se décomposent en une série d’étapes. Les électrons libérés à partir de composés organiques sont d’abord transférés à un coenzyme, accepteur d’électrons, qui fonctionne comme un agent oxydant au cours de la respiration cellulaire. Chaque NADH (forme réduite de NAD+) représente l’énergie stockée qui peut être exploitée pour synthétiser de l’ATP. NADH transmet les électrons à la chaîne de transport d’électrons. Contrairement à une réaction incontrôlée la chaîne de transport d’électrons passe les électrons en une série d’étapes au lieu d’une réaction explosive. L’énergie produite est utilisée pour régénérer l’ATP.

Les étapes de la respiration cellulaire:

La respiration cellulaire comporte trois étapes:

• La glycolyse (décompose le glucose en deux molécules de pyruvate)

• Le cycle de l’acide citrique (complète la dégradation du glucose)

• La phosphorylation oxydative (représente la synthèse d’ATP)

La chaîne de transport: GlucoseNADHelectron .

La glycolyse se produit dans le cytosol. Et quand le pyruvate est produit, il entre dans le cycle de l’acide citrique qui se passe à l’intérieur des mitochondries. Le processus qui génère le plus de l’ATP est appelé phosphorylation oxydative, car il est alimenté par des réactions redox. La phosphorylation oxydative compte pour près de 90% de l’ATP généré par la respiration cellulaire. Une plus petite quantité d’ATP est formée dans la glycolyse et par le cycle de l’acide citrique par la phosphorylation au niveau du substrat.

La glycolyse récolte l’énergie chimique par oxydation du glucose en pyruvate. La glycolyse se produit dans le cytoplasme et possède deux grandes phases:

• phase d’investissement de l’énergie

• phase de gain d’énergie

The post Chapitre 6 : Bioenergétique appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 5: photosynthèse

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 09:58:18 +0000

La photosynthèse est le processus qui convertit l’énergie solaire en énergie chimique. Directement ou indirectement, la photosynthèse nourrit presque les mondes vivants.

-Autotrophe : Se maintenir sans rien consommer qui soit issu d’autres organismes

-Autotrophes : Sont les producteurs de la biosphère, produisant des molécules organiques à partir de CO2 et d’autres molécules inorganiques.

-Près de toutes les plantes sont photo-autotrophes, en utilisant l’énergie de la lumière du soleil pour faire des molécules organiques à partir de H2O et CO2.

-Heterotrophes : Obtenir de la matière organique provenant d’autres organismes.

-Heterotrophes : Sont les consommateurs de la biosphère. -Près de tous les hétérotrophes, y compris les humains, dépendent des photo-autotrophes pour l’alimentation et O2

La photosynthèse

-La photosynthèse : Convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique des aliments.

-Chloroplastes : Sont structurellement similaires et ont probablement évolué à partir de bactéries photosynthétiques.

-L’organisation structurale de ces cellules permet aux réactions chimiques de la photosynthèse.

-Les Chloroplastes ont leur propre ADN et leurs propres ribosomes.

Les chloroplastes: le site de la photosynthèse des plantes

-Les feuilles : Sont les principaux lieux de la photosynthèse

-leur Couleur verte est due à la chlorophylle, le pigment vert présent dans les chloroplastes

-La lumière : Énergie absorbée par la chlorophylle qui entraîne la synthèse de molécules organiques dans le chloroplaste

-CO2 : Entre et sort de la feuille à travers les pores microscopiques appelés stomates

-Chloroplastes : Se trouvent principalement dans les cellules du mésophile, le tissu interne de la feuille
-La cellule de mésophylle typique possède 30 à 40 chloroplastes.

-La Chlorophylle se trouve dans les membranes thylacoïdes (sacs dans le chloroplaste reliées), les thylakoïdes peuvent être empilés en colonnes appelées Grana.

– Les chloroplastes contiennent également un stroma qui est un fluide dense
Suivi des atomes au cours de la photosynthèse

– La photosynthèse peut être résumée comme l’équation suivante:

6CO2 + 12H2O énergie + light + 6O2 → C6H12O6 + 6H2O

– Les chloroplastes, H2O décomposée en hydrogène et de l’oxygène, incorporant les électrons de l’hydrogène dans les molécules de sucre
La photosynthèse est un processus d’oxydo-réduction dans laquelle on oxyde l’H2O et réduit le CO2 .

CO2 + H2O + O2 → ⌊ch2o⌋ ou CO2 + H2S + 2S → ⌊CH2O⌋

Les deux stades de la photosynthèse La photosynthèse se compose des réactions légères (la partie de la photo) et cycle de Calvin (la partie de synthèse). Les réactions à la lumière (dans les thylakoïdes)

• de fission de l’H2O

• sortie de l’O2

• Réduire NADP + en NADPH

• Générer ATP à partir d’ADP par phosphorylation

Le cycle de Calvin (dans le stroma) forme du sucre à partir de CO2 en utilisant l’ATP et NADPH.

• Le cycle de Calvin commence par la fixation du carbone, intégrant CO2 en molécules organiques.

• Les chloroplastes sont des usines chimiques solaires.

• Leurs thylakoïdes transforment l’énergie lumineuse en énergie chimique de l’ATP et le NADPH
La nature de la lumière du soleil

– La lumière est une forme d’énergie électromagnétique, également appelée rayonnement électromagnétique

– Comme les autres énergies électromagnétiques, la lumière progresse par ondes rythmiques

– La longueur d’onde est la distance entre les crêtes d’ondes

– La longueur d’onde détermine le type d’énergie électromagnétique

– Spectre électromagnétique est l’ensemble de la gamme d’énergie électromagnétique ou un rayonnement.

– La lumière visible est constituée de longueurs d’onde (y compris ceux qui conduisent la photosynthèse) qui produisent des couleurs que nous pouvons voir.

– La lumière se comporte aussi comme si elle était constituée de petites particules appelées photons.

Les pigments photosynthétiques

Les pigments sont des substances qui absorbent la lumière visible. Différents pigments absorbent des longueurs d’onde différentes Longueurs d’onde qui ne sont pas absorbés sont réfléchies ou transmises Les feuilles sont vertes parce que la chlorophylle reflète et transmet la lumière verte. Un spectrophotomètre mesure la capacité d’un pigment à absorber différentes longueurs d’onde. Cette machine envoie la lumière à travers des pigments et mesure la fraction de lumière transmise à chaque longueur d’onde.

spectrophotomètre

Un spectre d’absorption est un graphique représentant une lumière de longueur d’onde par rapport à un pigment absorption. Le spectre d’absorption de la chlorophylle suggère que, la lumière bleu-violet et rouge, fonctionnent le mieux, pour la photosynthèse. Un spectre d’action, les profils de l’efficacité relative des différentes longueurs d’onde de rayonnement dans la conduite d’un processus. Le spectre d’action de la photosynthèse a été démontrée en 1883 par Theodor W.Engelmann. Dans son expérience il a exposé les différents segments d’algues filamenteuses à différentes longueurs d’onde. Les champs favorables à la photosynthèse produisent de l’O2 en excès. Il a utilisé la longueur d’onde de bactéries aérobies groupés le long des algues en tant que mesure de la production en O2.

La chlorophylle est un des principaux pigments de photosynthèse. Les pigments accessoires tels que la chlorophylle b permettent d’élargir le spectre utilisé pour la photosynthèse. Les pigments accessoires appelés caroténoïdes absorbent la lumière excessive qui nuirait à la chlorophylle b.

Structure de pigments chlorophylle a et b

Excitation de la chlorophylle par la lumière
Excitation de la chlorophylle. Lorsque qu’un pigment absorbe la lumière, il passe d’un état fondamental à un état excité, qui est instable. Lorsque les électrons excités retombent à l’état du sol, les photons sont libérés, une rémanence appelé fluorescence. Si illuminée une solution isolée de chlorophylle sera fluorescente, donnant de la lumière et de la chaleur.

The post Chapitre 5: photosynthèse appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 4 : transcription

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 09:56:12 +0000

Le dogme central de la biologie moléculaire

Le dogme central est la séquence classique d’événements:
L’ADN produit un ARN par transcription et l’ARN produit des protéines (protéines structurales et enzymes) par traduction.
Transcription: production de l’ARN (en prenant l’information de l’ADN et copier les informations (forme de transition) ARN qui est instable.
Traduction: est le fait de synthétiser une protéine à partir de l’information contenue dans l’ARN.

Contre dogme central:
– Les enzymes peuvent être aussi certaines formes d’ARN.
-A présent nous pouvons prendre de l’ARN et produire de l’ADN à partir de cela.
-Il y a des enzymes qui peuvent produire de l’ARN à partir d’ARN.
Nous allons commencer par transcription chez les procaryotes. La transcription chez les procaryotes produit un ARN qui va coder pour plus d’une protéine. La transcription commence au niveau du promoteur pour faire de l’ARN selon la même direction que l’ADN polymérase dans le sens (5 ‘→ 3′). L’ARN polymérase qui reconnaît le promoteur fait de la transcription (le promoteur est défini comme le site lié par l’ARN polymerase et où commence la transcription).

Il ya deux parties dans un promoteur: ils sont ainsi appelés séquences -10 et -35. Ces séquences -10 et -35 se réfèrent à la distance en paires de bases de la première base d’ADN qui est copié en RNA. Ces séquences sont très caractéristiques de tous les gènes.
La séquence -35 est reconnue par une protéine (une famille de protéines cibles) tels que les facteurs sigma qui sont des protéines régulatrices. Les ARN polymérases bactériennes sont formés par quatre sous-unités différentes (deux copies de grandes sous-unités appelées α et β et copies de β ‘) ⇒ α2ββ’.
α2ββ ‘est l’holoenzyme et le facteur σ est une sous-unité régulatrice qui intervient dans de nombreuses variétés. Il existe de nombreux facteurs σ, l’essentiel avec σ est qu’ils sont spécifiques à des promoteurs, exemples:
1) Choc thermique

2) Sporulation
Il existe de nombreux facteurs qui sont spécifiques à des promoteurs particuliers.

Les différences entre l’ADN et de l’ARN:

1) 2 ‘OH est spécial pour l’ARN
L’ADN est désoxy. Ce groupe OH rend les ARN instables et vulnérables vis-à-vis des enzymes ou des bases ou des différents types de conditions biophysiques. Ainsi, l’ARN a été conçu pour être instable. Pourquoi l’ARN doit être instable (les premières formes de vie utilisaient l’ARN comme matériel génétique). Pourquoi nous utilisons une molécule instable? c’est probablement pour le contrôle de l’expression génique.
2) l’uracyle au lieu de la thymidine
3) aucune amorce nécessaire à la synthèse de l’ARN à partir d’ARN

4) synthétisé en 5 ‘→ 3′ (la chimie impliquée est identique à l’ADN polymerase): Initiation-allongement- terminaison
Étape 1: complexe promoteur fermé
Étape 2: formation de complexe ouvert de promoteur qui est de 17 paires de bases (normalement il ya 10 paires de bases par tour de l’hélice) donc 17 est presque deux tours de l’hélice dans cette situation, l’ARN polymérase commence à synthétiser de l’ARN.

Comment pouvons-nous le confirmer? par empreinte génétique….

The post Chapitre 4 : transcription appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 3: Les enzymes

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 09:53:26 +0000

Les enzymes (« dans la levure») sont des catalyseurs de réactions chimiques des systèmes biologiques. La plupart des enzymes sont des protéines et ils utilisent souvent des ions métalliques ou des groupes prosthétiques comme les vitamines qui vont aider à la catalyse.

Beaucoup de troubles génétiques héréditaires résultent d’une défectuosité ou même une absence totale d’une enzyme particulière, ou une activité excessive d’une enzyme. La mesure de l’activité des enzymes dans les fluides corporels est importante dans le diagnostic de divers pathologies. De plus de nombreux médicaments agissent en modifiant les activités des enzymes. Et les enzymes sont des outils pratiques en laboratoire.

Les enzymes accélèrent les taux de réactions biochimiques. Le site actif d’une enzyme est généralement une fente ou poche dans laquelle se déroule la réaction. Une molécule qui se lie au site actif et qui est sollicité par l’enzyme est appelée un substrat. Une simple équation pour une réaction catalysée par une enzyme peut s’écrire:

E + S ↔ES ↔ EP ↔ E + P

Où E est l’enzyme, le substrat S est, P est produit

Les enzymes ne changent pas l’équilibre de la réaction, mais ils modifient la vitesse en avant ou en arrière des réactions. Les enzymes restent inchangés après la réaction.
Quelques exemples d’enzymes catalysent les taux d’avancements:
Anhydrase carbonique 10000000 X,
Thriose phosphate isomérase 1000000000 X,
Carboxypeptidase A 1000000000000 X
En comparaison de la réaction non catalysée versus catalysée, l’énergie d’activation est plus faible lorsque la réaction est catalysée par une enzyme.
Une idée sur le fonctionnement des enzymes est que ces derniers se fixent à l’état de transition mieux avec le substrat ou le produit stabilisant ainsi l’état de transition.
Cette réaction commence par un substrat ayant une valeur de force énergétique et qui se dirige vers une barrière (appelée l’état de transition) qui va descendre pour former le produit. Lors de la réaction, le produit est à une énergie de force inférieure : c’est une réaction spontanée mais qui peut-être très lente comme beaucoup de réactions en biologie. C’est pourquoi nous avons besoin d’enzymes pour accélérer ces réactions.
Nous savons que les enzymes réduisent l’énergie des états de transition et nous allons voir comment les enzymes peuvent agir. La constante d’équilibre d’une réaction n’est que le rapport du produit sur son substrat: K = produit / substrat

Mécanismes d’action des enzymes

Les enzymes accélèrent la réaction métabolique en abaissant les barrières d’énergie.
– Un catalyseur est un agent chimique qui accélère une réaction sans être consommé par la réaction. Une enzyme est une protéine catalytique
L’hydrolyse du saccharose par l’enzyme sucrase est un exemple d’une réaction catalysée par une enzyme:
C’est une réaction spontanée dans le sens que nous pourrions mélanger du saccharose dans de l’eau afin de voir la décomposition de ses composants. Mais il faut attendre très longtemps (la réaction spontanée) n’est pas une réaction rapide. Nous ajoutons alors des enzyme et ainsi nous pouvons rapidement (probablement en secondes) voir la décomposition. La réaction est accélérée par les enzymes. Ces derniers sont très spécifiques, par exemple en cas d’incubation de la sucrase avec d’autres disaccharides tels que le maltose, elle ne va pas être capable de cliver le maltose en sa composante sucres! et ceci est un autre aspect des enzymes, ils sont très bien spécifiques.

La barrière d’énergie d’activation

Chaque réaction chimique entre les molécules implique la rupture d’une liaison et la formation d’une autre liaison.
L’énergie initiale nécessaire pour démarrer une réaction chimique est appelée l’énergie de la force de l’activation ou l’énergie d’activation (EA).
L’énergie d’activation est souvent fournie sous la forme de chaleur environnante.
Comment les enzymes abaissent la barrière EA :
– Les enzymes catalysent les réactions en abaissant la barrière énergétique.
– les enzymes n’affectent pas la variation de l’énergie de la force (à la place, ils se accélèrent des réactions qui pourraient éventuellement se produire.

Spécificité enzymes/ substrats
– L’enzyme se lie à son substrat et forme ainsi un complexe enzyme-substrat
– Le site actif est la région de l’enzyme sur laquelle substrat se lie.
– la fixation du substrat induit sur l’enzyme l’ajustement des groupes chimiques du site actif dans des positions qui améliorent leur capacité à catalyser la réaction.
En général les enzymes sont vraiment d’énormes molécules et leur site actif est généralement petit par rapport à la structure globale de l’enzyme de manière à créer l’architecture qui est nécessaire pour placer des acides aminés individuels à partir du polypeptide segmenté au bon endroit dans l’espace 3D dans le site actif de sorte que les substrats peuvent s’y fixer et la réaction peut se produire. Et il faut donc tout ce supplément de protéines pour créer la structure qui est essentielle pour assurer que la réaction ait lieu.

Catalyse dans le site actif de l’enzyme
Dans une réaction enzymatique, sous les substrat se lie au site actif de l’enzyme.
Le site actif peut réduire la barrière EA
– en orientant correctement substrats
– en maintenant les lies avec le substrat.
-en fournissant un micro-environnement favorable
– en formant des liens covalentes avec le substrat

L’énergie de liaison contribue à la catalyse de multiples façons:
– Réduction de l’entropie
– Désintégration du substrat
– Ajustement Induite

Réactions exergoniques vs réactions endergoniques

Les réactions exergoniques rejettent de l’énergie dans le système. Ces sont des réactions spontannées.

Les réactions endergoniques quant à elles absorbent de l’énergie à partir du système. Ce sont des réactions non spontanées.
Le travail de l’ATP cellulaire est de procéder à des de couplages de réactions exergoniques avec des réactions endergoniques.
Une cellule a plusieurs types d’activités:
– Chimique
– Transport
– Mécanique
Pour ce faire des cellules doivent gérer les ressources d’énergie par couplage de l’énergie. L’utilisation d’un processus exergonic pour mener à bien une réaction endergonique.
La source principale d’énergie dans la cellule est médiée par l’ATP.
La structure et l’hydrolyse

Most energy coupling in cell is mediated by ATP.

La structure et l’hydrolyse

ATP (adénosine triphosphate) est la navette de l’énergie de la cellule.
ATP est composé de ribose (un sucre);;;;;;;;;;;;;;; (une base azotée) et trois groupes phosphate.
Les bandes entre les groupes phosphate de la queue de l’ATP peuvent être rompues par hydrolyse.

L’énergie est libérée à partir de l’ATP alors que la bande de phosphate terminal est en panne.
Cette libération d’énergie provient de la transformation chimique à un état d’énergie inférieur libre: pas de bandes de phosphate eux-mêmes.

Les trois types de travaux cellulaire (mécanique, le transport et chimique) sont alimentés par l’hydrolyse de l’ATP.

Dans la cellule, l’énergie provenant de la réaction d’hydrolyse de l’ATP exergonique peut être utilisé pour entraîner une réaction endergonique.
Dans l’ensemble, les réactions couplées sont exergoniques.
ATP entraîne des réactions endergoniques par phosphorylation : transfert d’un groupe phosphate à une autre molécule, telle qu’un réactif. =>La molécule du destinataire est maintenant phosphorylée.

La régénération de l’ATP
L’ATP est une ressource renouvelable qui est régénérée par addition d’un groupe phosphate à l’adénosine diphosphate (ADP).
L’énergie de phosphoryler l’ADP;;;;;;;;; provient des réactions cataboliques dans la cellule.
L’énergie potentielle chimique regroupé temporairement en ATP va permettre la majeure partie de l’activité cellulaire.

The post Chapitre 3: Les enzymes appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 2 : La réplication de l’ADN

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 09:46:19 +0000

Définition

La réplication de l’ADN est l’un des principaux mécanismes du cycle cellulaire. C’ est un processus biologique très régulé au cours duquel sont mises en place des mécanismes de réparation pour assurer l’intégrité du génome.

La phase S ou phase de réplication suit la phase G1 pendant laquelle la cellule a synthétisé tous les éléments nécessaires à cette réplication. La duplication de l’ADN dure environ 8 heures.

Acteurs de la réplication

2.1. Brin matrice

La double hélice d’ADN est séparée en 2 brins d’ADN parents. Chaque brin sert alors de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin ou brin fils.

La réplication produit ainsi 2 molécules hybrides formées d’un brin parent et d’un brin fils: la réplication est semi conservatrice.

2.2. Nucléotides

Nucléotides: dATP, dCTP, dTTP apportant à la fois :
- le substrat : le nucléoside monophosphate,
- l’énergie pour relier les nucléotides entre eux.

2.3. Enzymes

Il existe plusieurs ADN polymérases selon leur activité réplicative :

alpha : début de la réplication
delta : réplication du génome nucléaire
gamma : réplication du génome mitochondrial
beta : réparation de l’ADN
epsilon : réplication des télomères

D’autres protéines sont également nécessaires lors de la réplication

Mécanisme de la réplication

3.1. Origines de réplication

Chez les eucaryotes, la réplication est initiée à plusieurs origines de réplication appelées OriC, contrairement aux procaryotes chez qui il n’existe qu’une seule origine de replication.

Les cellules eucaryotes doivent répliquer à chaque cycle cellulaire la totalité de leur génome. Afin de réaliser ce processus en un temps record, l’initiation de la réplication au cours de la phase S du cycle cellulaire se fait au niveau de plusieurs OriC ou « origines de réplication » le long du chromosome (environ 10000) dans des unités de réplications indépendantes appelées réplicons (30 à 300 pb).

Chez les Eucaryotes, les origines de réplication les mieux caractérisées sont celles de la levure. Elles sont nommées ARS pour Autonomously Replicating Sequence. Ces régions ARS, riches en AT, possèdent des sites de fixation pour les complexes ORC.

Ensuite seront recrutées d’autres protéines capables de dérouler la double hélice d’ADN (par activation des hélicases).

3.2. Activation des origines de réplication

3.2.1. Formation du complexe de pré-réplication

Les origines de réplication sont reconnues par des complexes protéiques « ORC » (Complexe de Reconnaissance de l’Origine) formées de six sous-unités dont chacune se fixe sur chaque origine de réplication.

Suite à cette fixation, deux autres facteurs protéiques, Cdc6/Cdc18 et Cdt1, rejoignent le premier complexe pour le recrutement de six complexes protéiques Mcm2-7 (Mcm2, 3, 5, 6, 7, 8).

3.2.2. Activation du complexe pré-RC

Activation des CDK
phosphorylation/ activation des protéines dont les hélicases Mcm2-7
hélicases déroulent la double hélice d’ADN et séparent les 2 brins

Le déroulement de l’ADN et la séparation des 2 brins font apparaître des régions d’ADN simple brin, stabilisées par des protéines RPA (protéines de réplications A), accessibles aux enzymes et protéines nécessaires à la réplication.

4.recrutement des ADN polymérases et autres protéines

3.3. Les ADN polymérases

Les ADN polymérases (ou désoxynucléotidyl-transférase) sont les enzymes responsables de la polymérisation des nucléotides lors de la réplication de l’ADN. Les ADN polymérases procaryotes sont de 3 types (I, II et III) et les ADN polymérases eucaryotes de 5 types (α, β, δ, ε et γ).

3.3.1 L’ADN polymérase α

L’ADNpol α – primase synthétise l’amorce (= primer) qui est un court segment d’ARN (10 paires de bases). Ces courts fragments d’ARN sont ensuite allongés par un fragment d’ADN adjacent de 20 à 40 nucléotides de long. Une amorce ARN-ADN est ainsi créée.

3.3.2. L’ADN polymérase δ

La synthèse de l’ADN se fait toujours dans le sens 5’ vers 3’, ceci nécessite donc la présence d’un brin précoce (ou primaire) qui est le brin lu dans le sens de la fourche et d’un brin tardif (ou secondaire) qui est le brin lu dans le sens inverse de la fourche et qui est dit brin discontinu. On parle ainsi de réplication semi-discontinue.

Un complexe RF-C/PCNA (facteur de réplication C-antigène nucléaire de prolifération cellulaire) se fixe sur l’extrémité 3’OH de cette amorce ARN/ADN néosynthétisée, dissocie l’ADN polymérase α de la matrice d’ADN, laissant la place à l’ADN polymérase δ qui reconnaît le complexe RFC/ PCNA et sera responsable de la synthèse du brin continu.

Sur le brin à synthèse discontinue, l’ADN polymérase α-primase préalablement dissociée remet en route la synthèse d’une nouvelle amorce d’ARN/ADN. Sur ce brin d’ADN 5′ → 3′, l’enzyme synthétise de multiples petits fragments d’ADN à la suite des amorce, ce sont les « fragments d’Okazaki » (long d’environ 1000 à 5000 nucléotides).

Au fur et à mesure de la progression de la fourche de réplication :

des hélicases déroulent la double hélice d’ADN,
des topo- isomérases diminuent les torsions de l’ADN en amont de ces fourches.

3.3.3. L’ADN ligase

Elle reconstitue la liaison phosphoester entre le carbone 3′-OH et le phosphate-5′ de deux nucléotides voisins sur un brin de DNA.

Elle intervient aussi dans de nombreux processus de réparation de l’ADN.

3.4 Les enzymes topo-isomérases

Type I

– réalise une coupure sur l’un des brins de l’ADN.

– transitoire

– relâche la torsion.

– pas d’ATP nécessaire.

Type I I

– réalise une coupure sur les deux brins de l’ADN.

– ATP nécessaire.

The post Chapitre 2 : La réplication de l’ADN appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 1: métabolisme cellulaire +

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Thu, 19 Mar 2020 06:34:50 +0000

Il existe différentes vois métaboliques :
– Le thermodynamisme
– L’énergie libre
Introduction aux enzymes
Vue d’ensemble: l’énergie de la vie
La cellule vivante est une usine chimique miniature où des milliers de réactions ont lieu. La cellule extrait de l’énergie et de l’énergie qu’elle va utiliser pour élaborer différentes réactions. Certains organisme convertissent même l’énergie en lumière: c’est la bioluminescence.
Organisation de la biochimie dans les voies métaboliques
Une voie métabolique commence par une molécule spécifique et se termine avec un produit. Chaque étape est catalysée par une enzyme. Certains voies métaboliques décomposent des molécules. Ces voies cataboliques libèrent de l’énergie en cassant les molécules complexes en des composés plus simples.
La respiration cellulaire, la dégradation du glucose en présence d’oxygène, est un exemple d’une voie de catabolisme. D’autres voies métaboliques créent des molécules. Ce sont les voies anaboliques qui consomment de l’énergie pour construire des molécules complexes. La synthèse des protéines à partir des acides aminés est un exemple d’anabolisme.

La bioénergétique est l’étude de la façon dont les organismes gèrent leurs ressources énergétiques. L’énergie est la capacité de provoquer un changement. L’énergie existe sous différentes formes dont certaines peuvent réaliser des travaux.
L’énergie cinétique est l’énergie associée au mouvement. La chaleur (énergie thermique) est l’énergie cinétique associée au mouvement aléatoire des atomes ou des molécules.
L’énergie potentielle est l’énergie que possède une matière en raison de son emplacement ou de sa structure. L’énergie chimique est l’énergie potentielle disponible et libérée lors d’une réaction chimique. L’énergie chimique peut être convertie d’une forme à une autre.

Les lois de la transformation de l’énergie

La thermodynamique est l’étude de la transformation. Un système d’énergie fermé, comme celui d’un liquide dans un thermos, est isolé de son environnement. Dans un système ouvert, de l’énergie et de la matière peuvent être transformées entre le système et son environnement. Les organismes sont des systèmes ouverts.

La première loi de la thermodynamique

Selon la première loi de la thermodynamique, l’énergie de l’univers est constante: l’énergie peut être transférée et transformée, mais elle ne peut être ni créée ni détruite. La première loi est aussi appelée le principe de conservation de l’énergie.

La deuxième loi de la thermodynamique

Lors de chaque transfert d’énergie ou de transformation, une partie de l’énergie est inutilisable et est souvent perdue sous forme de chaleur. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, chaque transfert d’énergie ou de transformation augmente l’entropie (désordre) de l’univers.

Les cellules vivantes convertissent inévitablement des formes structurées d’énergie en chaleur. Des process spontanés se produisent sans apport d’énergie, ils peuvent se produire rapidement ou lentement. Pour qu’un processus se produise sans apport d’énergie, il faut augmenter l’entropie de l’univers.

Ordre biologique et le désordre

Les cellules créent des structures ordonnées à partir de matériaux moins ordonnés. Les organismes remplacent aussi des formes ordonnées de la matière et de l’énergie avec des formes moins ordonnées. Les flux d’énergie pénètre dans un écosystème sous forme de lumière et sort sous la forme de chaleur. L’évolution augmente l’ordre dans les organismes au niveau local, mais augmente le désordre dans l’univers de sorte que la deuxième loi n’est pas violée.

Equilibre et métabolisme

La réaction dans un système fermé peut atteindre l’équilibre et ne pas marcher. Les cellules ne sont pas en équilibre, ce sont des systèmes ouverts avec un flux constant de matière. Un trait caractéristique de la vie est que le métabolisme n’est jamais en équilibre. Une voie catabolique dans une cellule libère de l’énergie libre dans une série de réactions. La variation d’énergie libre de réaction indique si oui ou non la réaction se produit spontanément.

Les biologistes veulent savoir quelles réactions se produisent spontanément et lesquelles nécessitent de l’énergie. Pour ce faire, ils ont besoin de déterminer les changements d’énergie qui se produisent dans les réactions chimiques.

L’énergie libre d’un système vivant est l’énergie qui est disponible pour faire le travail lorsque la température et la pression sont uniformes comme dans une cellule vivante.

Variation d’énergie libre (ΔG)

La variation d’énergie libre (ΔG) au cours d’un processus est lié à la variation d’enthalpie ou de variation de l’énergie totale (ΔH), variation d’entropie (ΔS) et de la température en Kelvin (T):

ΔG = ΔH – T ΔS

Seules les processus avec un Δg négatif sont spontanés. Les processus spontanés peuvent être exploitées pour effectuer un travail. Stabilité de l’énergie libre et de équilibre énergétique. L’énergie libre est une mesure de l’instabilité d’un système de sa tendance à passer à un état plus stable. Lors d’un changement spontané, l’énergie libre diminue et la stabilité d’un système augmente. L’équilibre est un état de stabilité maximale. Un processus est spontanée et ne peut effectuer un travail que lorsqu’il se déplace vers l’équilibre.

The post Chapitre 1: métabolisme cellulaire + appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 4f: solides – conduction

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Sun, 14 Jun 2015 21:17:15 +0000

Conduction électrique :

Certains solides conduisent l’électricité et certains ne le font pas. Nous allons voir d’où vient la conduction et la différence entre un conducteur et un isolant. La conduction est expliquée par la théorie de la bande.

Nous avons vu dans la section sur les orbitales moléculaires que les liaisons sont la combinaison des orbitales atomiques des atomes liés.

La largeur de la bande augmente avec le nombre d’atomes mais la différence d’énergie entre les orbitales moléculaires diminue de manière significative et dans les métaux les atomes sont tous liés entre eux menant à un continuum des orbitales moléculaires, une bande.

L’énergie nécessaire à un électron à sauter d’une orbitale inférieure à un niveau supérieur est donc petit à l’intérieur des groupes et une agitation thermique simple peut suffire.

Les bandes peuvent s’étendre sur une large gamme d’énergie mais il peut y avoir un peu d’espace entre les deux bandes des orbitales moléculaires. Les plages de l’énergie non couvertes par une bande sont appelées lacunes de la bande (band gaps). Dans certains cas il n’y a pas d’espace entre deux bandes: celles-ci se chevauchent.

Les électrons dans les solides respectent le principe d’exclusion de Pauli : les niveaux d’énergie inférieurs sont remplis d’abord et par paires d’électrons. L’orbitale moléculaire occupée la plus élevée est appelée HOMO et celle inoccupée, la plus basse, est appelée LUMO. La HOMO et la LUMO peuvent être dans la même bande ou dans des bandes séparées par un espace.

La distribution de Fermi-Dirac f (ε) donne la probabilité que (à l’équilibre thermodynamique) un électron occupe un état ayant une énergie ε.

T est la température, k est la constante de Boltzmann et μ est le potentiel chimique total. Le potentiel chimique est une forme d’énergie potentielle qui peut être absorbée ou libérée au cours d’une réaction chimique ou d’une transition de phase.

S’il y a un état au niveau de Fermi (ε = μ), alors cet état aura une chance de 50% d’être occupé à un moment donné. C’est au voisinage du niveau de Fermi que l’on trouve les orbitales LUMO et HOMO. La conductivité d’un solide dépendra de la capacité des électrons de passer d’une orbitale HOMO à une orbitale LUMO. Dans un métal le niveau de Fermi se trouve dans une bande et il est donc très facile pour les électrons de sauter de la HOMO à une orbitale inoccupée. Rappelez-vous aussi que dans les métaux certains électrons ne sont pas liés à des atomes mais sont partagés et peuvent se déplacer à l’intérieur du solide. Pour ces raisons les métaux conduisent bien l’électricité.

Le niveau de Fermi dans les semi-conducteurs est dans un petit espace. Il est alors nécessaire de donner une énergie supplémentaire, équivalente à l’écart de l’énergie, aux électrons pour leur faire atteindre la LUMO. La bande juste en-dessous du niveau de Fermi est appelée la bande de valence du fait que les électrons de valence sont en équilibre dans cette bande. La bande juste au-dessus du niveau de Fermi est appelée la bande de conduction. Un semi-conducteur conduit l’électricité lorsque les électrons peuvent passer de la bande de valence à la bande de conduction. Dans un isolant l’écart est plus grand et il est donc difficile pour les électrons d’atteindre la bande de conduction.

La supraconduction :

Compte tenu de cela une augmentation de la température conduit à une meilleure conduction. Cependant ce n’est pas toujours vrai. Les superconducteurs sont des matériaux particuliers dont la résistance tombe à zéro quand ils sont refroidis en dessous d’une température critique qui peut varier en fonction du matériau des supraconducteurs. C’est un phénomène de la mécanique quantique caractérisé par l’effet Meissner : quand un supraconducteur est placé dans un champ magnétique externe faible et refroidi en dessous de la température critique, le champ magnétique ne peut plus pénétrer dans le matériau (en fait, il le fait mais seulement sur une très petite distance). Dans les supraconducteurs les électrons sont liés par paires, appelées les paires de Cooper. Malgré la répulsion à laquelle nous pouvons nous attendre entre deux électrons, une attraction peut exister à des températures très basses en raison de l’interaction électron-phonon. Un phonon est un mode de vibration des atomes du réseau. La vibration a une fréquence donnée et donc une énergie (E = hv). Les électrons d’une paire de Cooper ne sont pas nécessairement proches parce que cela est une interaction à longue portée. Cette interaction est très faible mais si l’on considère de nombreuses paires d’électrons le jumelage ouvre une brèche dans les états d’énergie permises des électrons. Cet écart empêche les petites excitations des électrons ce qui conduit à une chute de la résistance électrique à zéro et la supraconduction.

Les supraconducteurs sont également des électro-aimants les plus puissants. Ils sont utilisés dans plusieurs applications. L’un d’eux est le train le plus rapide sur terre, le Maglev, qui utilise des aimants superconducteurs pour faire léviter plusieurs centimètres au-dessus des rails.

Conduction thermique :

La conduction thermique est la quantité de chaleur qui se propage à travers un matériau par unité de temps. Plus la conduction thermique est élevée, plus un matériau est conducteur de la chaleur. Un produit d’isolation a une faible conduction thermique. Une conduction thermique de 1 Wm-1K-1 est la quantité de chaleur qui se propage sur 1 seconde à travers un bloc de matériau avec une surface de 1m2 et une largeur de 1 m quand une différence de température de 1K est appliquée entre deux faces opposées du matériau.

La chaleur se propage à partir de l’emplacement le plus chaud vers l’emplacement le plus froid. Cela peut sembler évident mais quand nous touchons quelque chose de froid, le froid ne vient pas de l’objet froid vers nous mais plutôt c’est nous qui donnons la chaleur à l’objet froid.

Quand nous cuisinons, la poignée des casseroles sont isolés afin que nous puissions les attraper sans nous brûler les mains. La casserole elle-même doit être un bon conducteur de chaleur.

Les défauts dans les cristaux :

L’arrangement dans un cristal est rarement parfaite. En fait, sauf à 0 K, les solides ont des défauts dans leur arrangement. Il est le résultat de la deuxième loi de la thermodynamique (chapitre suivant) qui dit que le trouble de l’univers doit augmenter pendant tout processus. Une faille dans un cristal augmente le désordre dans le cristal : il n’y a qu’une seule façon de procéder à un arrangement parfait des atomes mais il y a beaucoup de possibilités pour placer une faille dans cet arrangement.

En conséquence le cristal parfait est uniquement possible au zéro absolu. Pour de plus grandes températures le cristal a une certaine énergie à partir de la chaleur qui est transformée en énergie potentielle par des défauts.

Différents types de défauts existent :

Défaut ponctuel : un atome individuel n’est pas placé correctement dans l’arrangement. Plusieurs cas peuvent être triés:
1) Un atome est manquant dans le dispositif : il a été expulsé de l’âme du cristal à la surface. Il est appelé un défaut de Schotty.
2) Un atome est au mauvais endroit : l’atome est encore dans le noyau du cristal mais pas aligné avec les autres atomes. Il est appelé un défaut de Frenkel.
3) Un atome a été remplacé par un autre.

Défauts linéaires : une ligne d’atomes est hors de l’arrangement.

Les défauts des plans : ils viennent de la fusion de deux cristaux qui croissent dans des directions différentes.

Les alliages :

Un alliage est un solide composé de plusieurs éléments et ayant les propriétés d’un métal. Différents types d’alliages existent :

Alliage de substitution : des atomes du métal sont remplacés par d’autres atomes de taille similaire. L’acier inoxydable est un alliage de substitution dont certains sont remplacés par Fe Cr et Ni, respectivement dans les proportions de 18% et 8%.

Alliage interstitiel : petits éléments sont ajoutés dans les interstices entre les atomes du réseau. Si vous vous souvenez nous avons vu qu’ il y a beaucoup d’espace vide dans les cristaux et les petits ions peuvent être insérés dans les trous entre les atomes.

Alliage mixte : il est une combinaison de l’alliage interstitiel et de l’alliage de substitution.

Les propriétés des alliages dépendent des éléments composant l’alliage et peuvent changer de façon drastique les propriétés du métal principal. Un métal comme l’aluminium qui est flexible peut devenir dur si nous le mélangeons le manganèse avec elle. Cependant, ce mélange rend le solide très sensible à l’eau.

Le dopage des semi-conducteurs :

Les semi-conducteurs peuvent être dopés par l’addition intentionnelle d’impuretés dans leur structure. Les impuretés ont pour effet d’ajouter ou de retirer des électrons de la grille. Dans le cas des électrons supplémentaires ceux qui sont destinés à combler le déficit de bande entre la valence et les bandes de conduction. Suppression des électrons proviennent de la bande de valence de sorte que l’écart est déplacé.

Les semi-conducteurs de la colonne IVa sont dopés par des éléments des colonnes IIIa ou Va. Le remplacement d’un Si par un P (Va) augmente la quantité d’électrons dans le réseau. C’est aussi le cas quand un élément de la colonne III a (comme B) est inséré dans les trous de la grille. Un dopage où les électrons sont introduits dans le réseau est appelé de type N (n pour négatif) ou de type n. Nous disons aussi que Si utilise P comme un donneur (d’électrons).

Les éléments de la colonne IIIa peuvent également remplacer des atomes de Si dans le réseau. Dans ce cas le réseau perd un électron par atome remplacé. L’atome inséré, Al par exemple, a un électron de moins que les autres atomes. Il crée un «trou positif» dans le réseau. Un dopage où les électrons sont enlevés de la grille est appelé le type p (p pour positif ) ou de type p. Nous disons aussi que Si utilise Al comme un capteur (des électrons).

Les semi-conducteurs ou les autres colonnes peuvent également être dopés de la même façon par les éléments d’une colonne inférieur ou supérieur.

Les diodes

Une diode de type p-n jonction est constituée d’un cristal semi-conducteur : des impuretés sont ajoutées pour créer, sur un côté, une région qui contient des électrons pour la formation d’un semi-conducteur de type n et de l’autre côté une région qui contient des trous formant un semi-conducteur de type p. La frontière entre ces deux régions, appelé la jonction ap-n, est l’endroit où l’action de la diode a lieu. Lorsque les deux matériaux sont liés ensemble un flux d’électrons se produit à partir du côté n vers p. Comme les électrons circulent il est maintenant une région où aucun des porteurs de charge (électrons et trous dans ce cas) sont présents. Cette région est appelée la région d’appauvrissement. Le cristal permet aux électrons de circuler depuis le côté de type n (appelée la cathode) vers la partie de type p (appelée l’anode) mais pas dans la direction opposée.

The post Chapitre 4f: solides – conduction appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 4e: Diagramme de phase

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Sat, 23 May 2015 17:37:55 +0000

L’état des composés dépend de la température et de la pression. Nous cartographions les états de la matière sur le diagramme de phases. La pression est mise en ordonnée et la température en abscisse :

Les états sont séparés par des traits pleins ce sont les courbes de transition de phase. La courbe entre le liquide et le solide est appelée la courbe de fusion.

La courbe entre le liquide et le gaz est appelé la courbe de vaporisation/ coexistence. La courbe entre le solide et le gaz est appelée la courbe de sublimation.

Courbe de vaporisation :

Dans un système fermé contenant un liquide et un gaz il existe un équilibre entre les deux phases. Le gaz devient liquide à une vitesse donnée v_GL et le liquide devient gaz à une vitesse donnée v_LG. L’équilibre est atteint lorsque les vitesses sont égales.

Le liquide devient un gaz si les molécules ont une énergie cinétique suffisamment grande. Si cette énergie n’est pas assez grande les molécules restent liquides en raison des interactions entre les molécules. L’énergie cinétique peut être fournie par chauffage ou excitation. Typiquement nous devons chauffer l’eau pour la faire bouillir.

La réaction inverse, c.à.d la transformation d’un gaz à un liquide, est favorable mais pas complète en raison de l’entropie. L’entropie est une expression du désodre dans le système. La deuxième loi de la thermodynamique impose que l’univers évolue vers un plus grand désordre. Cela signifie que la somme des variations d’entropie à l’intérieur et à l’extérieur du système doit être positive :

Il existe donc une compétition entre l’augmentation de l’entropie et la diminution de l’énergie dans le système.

L’enthalpie libre de Gibbs représente/reflète cette compétition :

L’enthalpie libre de Gibbs est donc un potentiel thermodynamique tenant compte des implications du système sur son environnement.

La pression de vapeur dans le système à l’équilibre p° (également appelée la pression de Clausius-Clapeyron) est :

Les termes entropiques sont présents dans le pré-exponentiel constant et l’enthalpie est dans le terme exponentiel. Lorsque la température augmente la pression de vapeur augmente de façon exponentielle. Expérimentalement nous pouvons trouver l’enthalpie de vaporisation en traçant la courbe

ln p° vs 1/T :

La pente de la courbe est -AH / R. La valeur de ΔH^vap dépend des interactions entre les molécules. Des interactions fortes font que les molécules ne sont pas facilement séparables les unes des autres et que la vaporisation nécessite plus d’énergie, soit ΔH^vap est grand et p° est faible. Il est logique : si les molécules ne se vaporisent pas facilement il n’y a pas beaucoup de molécules dans le gaz et la pression de la vapeur est donc faible.

Dans le cyclohexane il n’existe pratiquement aucune interaction entre les molécules et son ΔH^vap est faible. Le cyclohexane est un liquide volatil.

La température d’ébullition d’un liquide est la température à laquelle la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression atmosphérique. Pour l’eau cette température est de 373K (100° C) si la pression atmosphérique est de 1 atm. En altitude la pression atmosphérique diminue et il en va de même pour la température d’ébullition. Par exemple la température d’ébullition est de 363K (90° C) à une altitude de 3000 m. Dans une cocotte-minute, la pression est supérieure à 1 atm et l’eau bout à une température supérieure à 100° C.

Courbe de sublimation :

la sublimation est la transition de phase entre un solide et un gaz :

Nous pouvons définir une pression de vapeur pour les solides aussi mais il est beaucoup plus faible que pour un liquide parce que les interactions dans un solide sont plus fortes que dans un liquide. L’équation est similaire :

mais la constante est différente et ΔH^sub>>ΔH^vap, pour exactement les mêmes raisons.

La courbe de fusion :

la fusion est la transition de l’état d’un solide à un liquide.

On peut aussi définir une pression telle que

L’enthalpie de fusion est très faible et la courbe est presqu’une ligne droite verticale. En règle générale la pente est positive, ce qui signifie que, quand un liquide devient solide (par diminution de sa température par exemple), son volume diminue. Il est cependant pas toujours vrai. Un cas particulier est l’eau: le volume de 1 kg d’eau est inférieur au volume de 1 kg de glace. C’ est une astuce des barmens pour diminuer le volume de la boisson qu’ils donnent à leurs clients :

Le dioxyde de carbone dans un extincteur est à l’état liquide à proximité du point triple. Lorsque nous utilisons l’extincteur la pression chute brusquement. Nous devrions donc nous attendre à un gaz à l’extérieur du tube; Cependant il ya une détente du gaz pendant le processus (passage d’un espace étroit à un grand espace) qui implique une diminution de la température ce qui fait que le gaz devient un solide.

Variance :

c’est le nombre de degrés de liberté qui caractérisent un état :

Où C est le nombre de constituants de la matière et φ est le nombre de phases. Jetons un oeil à différents points sur le diagramme de phase :

-au milieu d’une phase : V = 1-1 + 2 = 2 : nous pouvons modifier la pression ou la température sans transition de l’Etat.
-sur une courbe : V = 1-2 + 2 = 1 : si nous voulons modifier la pression ou la température de la matière sans transition de l’Etat l’autre paramètre (T ou p) doit être fixe.
-sur le point triple : V = 1-3 + 2 = 0 : si nous voulons garder la question dans cet état, nous ne pouvons pas changer les conditions de température et de pression.
Au point triple l’enthalpie de sublimation est égale à la somme des enthalpies de vaporisation et de fusion. Le point triple de l’eau est à t = 273,16K et p = 0.006atm.

Après ce point les phases liquide et gazeuse deviennent indiscernables. Dans l’eau le point critique se produit à environ 647 K et 218 atm.

Au voisinage du point critique les propriétés physiques du liquide et de la vapeur changent de façon spectaculaire les deux phases deviennent de plus en plus similaires. Par exemple de l’eau liquide, dans des conditions normales, est presque incompressible, a un faible coefficient de dilatation thermique, a une constante diélectrique élevée et est un excellent solvant pour les électrolytes. Près du point critique l’eau devient compressible, extensible, un pauvre diélectrique, un mauvais solvant pour les électrolytes et préfère se mélanger avec les gaz non polaires et des molécules organiques.

Au point critique une seule phase existe. La chaleur de vaporisation est de zéro.

Au-dessus du point critique (T> Tc et p> pc) il y a un état de la matière qui est continuellement connecté, sans transition de la phase, à la fois avec le liquide et l’état gazeux : fluide supercritique. Un tel fluide a généralement des propriétés entre celles d’un gaz et d’un liquide.

Cas de mélanges :

dans une solution les éléments du mélange ne doivent pas nécessairement avoir le même point d’ébullition. L’élément ayant le point d’ébullition inférieur va s’évaporer plus rapidement que les autres composants du mélange. Si l’on considère un mélange binaire, on peut tracer la composition du mélange en fonction de la température sur un diagramme montré ci-dessous :

Sur ce diagramme la température est rapporté sur l’axe des ordonnées et la fraction molaire χ du deuxième composant du mélange est définie comme abscisse. A χ = 0, la solution est une solution pure du soluté 1 et la température d’ébullition de la solution est T_boil,1. A χ = 1, la solution est une solution pure du soluté 2 et la température d’ébullition de la solution est T_boil,2. Entre les deux la solution est un mélange des deux composants. Dans ce cas nous avons considéré une solution dans laquelle le soluté a une température d’ébullition plus basse que le soluté 2. Si l’on augmente la proportion du soluté 2 la température d’ébullition du mélange augmente. Cette augmentation n’est pas linéaire et on peut voir qu’il y a un domaine dans lequel, à la fois, la vapeur et le liquide coexistent. Si l’on regarde à une température donnée T la composition du liquide et de la vapeur est différente : la composition de la vapeur est constituée par une fraction plus importante du soluté qui est plus volatil que le liquide :

Distillation :

la distillation est un procédé de séparation basé sur la différence de température des différents solutés dans une solution bouillante. Fondamentalement si la solution initiale a une fraction molaire χL, nous pouvons faire bouillir à la température T ‘. L’objectif est de recueillir la vapeur et de la liquéfier. La solution recueillie a une composition χV. Nous pouvons continuer à faire cela plusieurs fois pour obtenir une solution quasiment pure du soluté 1 :

En pratique plusieurs distillations sont effectuées à la fois. L’installation se compose d’un ballon contenant la solution initiale un système de chauffage (comme une lampe infra-rouge), une colonne de distillation, d’un tube réfrigérant et d’un ballon pour recueillir le distillat. Les thermomètres peuvent être placés dans le premier ballon et au sommet de la colonne de distillation pour contrôler la température de la solution et de la vapeur :

Le dispositif de refroidissement est composé de deux tubes un mince placé à l’intérieur de l’autre. Le tube interne présente des ouvertures aux deux extrémités et est relié à la colonne et le ballon de collecte. L’autre tube a des ouvertures latérales connectées à un contre-courant d’eau fraîche. Le flux d’eau fraîche va de cette façon pour éviter une zone non chargée et aussi parce que l’eau près de la colonne, qui a été chauffée par la vapeur, est rapidement évacuée. Si l’eau allait dans le sens inverse l’eau serait chauffée par la vapeur et la puissance de refroidissement du tube serait diminuée.

La colonne de distillation peut être remplie de petits morceaux/tubes de verre pour augmenter la surface de contact avec de la vapeur. Dans certaines colonnes les aiguilles font partie de la colonne et il n’est pas nécessaire d’ajouter des pièces supplémentaires.

Dans la colonne de distillation de la vapeur chaude monte et remplit les morceaux de verre de plus basse température. A leur contact il y a un échange de chaleur et la vapeur peut redevenir liquide, pas avec la composition du liquide dans le ballon χ0 (pour maintenir la notation de la figure ci-dessus), mais la composition de la vapeur χ1. Les gouttelettes finiront par retomber dans le ballon ou s’évaporer sur leur chemin à cause de la vapeur chaude. Leur composition sera maintenant χ2 comme si deux distillations avaient été effectuées. La vapeur poursuit son chemin vers le sommet de la colonne, de plus en plus pur, et entre dans le tube de refroidissement où il se transforme en liquide terminant sa course à l’intérieur du ballon de collecte.

Il est bon de mettre quelques pierres ponces dans le ballon pour éviter la surchauffe et d’obtenir des bulles d’une taille controlée.

Azéotropes :

Le schéma de l’ébullition n’est pas toujours aussi simple. Certains mélanges sont dits azéotrope. Un mélange de type azéotrope se comporte comme une solution à un composant, à savoir, la fraction molaire ne change pas au cours de l’ébullition. Sur le diagramme les courbes ressemblent à :

Si la solution initiale a la composition azéotrope les compositions liquide et vapeur sont identiques et ne changent pas au fil du temps. Si la solution initiale possède une fraction molaire plus faible nous allons finalement obtenir une solution pure du soluté 1 mais il est impossible d’obtenir une solution pure du soluté 2 : la composition tend vers l’azéotrope. La même chose est vraie si la composition initiale du mélange possède une fraction molaire supérieure à χaz : il sera impossible d’obtenir une solution pure du soluté 1 dans ce cas.

Deux types d’ azéotropes peuvent être triés : les aspects positifs et les aspects négatifs. Les différences sont tout simplement leur température d’ébullition. Sur le schéma ci-dessus un azéotrope positif est représenté : sa température d’ébullition est supérieure à celles des composants purs du mélange. Un azéotrope négatif a une température d’ébullition plus basse.

Démixtion :

dans les mélanges les interactions différentes existent : les interactions entre deux molécules identiques et entre les différentes molécules du mélange si

puis le mélange a tendance à se séparer. L’expression ci-dessus signifie que les interactions entre les molécules identiques sont plus favorables que les interactions entre des molécules différentes. Imaginez que, dans ce cas, les molécules A et B sont parfaitement mélangés. Les interactions entre A et B ne sont pas nécessairement défavorable mais avec le mouvement brownien, les molécules ont tendance à se regrouper entre les espèces et elles forment des grappes/bulles d’avoir le maximum d’interactions favorables. Voilà comment les émulsions se forment. Les grappes vont fusionner ensemble au fil du temps pour améliorer le rapport volume/surface des grappes et la solution finira par finir comme deux phases séparées. C’est le phénomène de démixtion :

Par exemple l’huile et l’eau ne se mélangent pas bien : ils forment deux phases distinctes. Pourtant nous pouvons diluer un peu d’eau dans l’huile ou vice versa mais si nous continuons à ajouter de l’eau les phases vont se séparer comme indiqué sur la figure suivante :

Si l’huile est la composante 1 et l’eau la composante 2, ce chiffre montre que nous pouvons ajouter de l’eau à l’huile jusqu’à la fraction molaire χ1 avant une séparation de phases. Nous pouvons ajouter de l’huile dans l’eau sans démixtion pour les fractions molaires de plus de χ2. Comme nous pouvons le voir le processus de démixtion dépend de la température. La quantité de soluté que l’on peut dissoudre avant la démixtion dépend de la température ambiante. Au-dessus d’une température critique (pas la même que dans le diagramme de phase), le mélange reste comme une phase quelle que soit la composition.

les propriétés colligatives :

Les propriétés colligatives sont des propriétés qui dépendent du nombre de particules dans le solvant, du solvant mais pas de l’espèce de soluté. Le fait que la température d’ébullition de l’eau augmente quand on ajoute un peu de sel est à l’intérieur d’une propriété colligative. Il n’a pas d’importance qu’il soit le sel ou autre chose, la température de congélation diminue aussi : nous utilisons du sel sur la neige pour la faire fondre. Dans le diagramme de phase la courbe de coexistence a été traduite vers le bas en raison de l’addition du sel. La loi ébullioscopique dit que :

Avec k_b la constante ébullioscopique et m_s la molalité du soluté. Lorsque nous ajoutons du sel dans l’eau nous ajoutons deux espèces : les ions Cl^– et Na⁺. Il est donc préférable d’écrire cette relation comme suit :

ν est appelé le facteur van’t Hoff et est le nombre d’ions trouvés par la formule unitaire. En fait nous observons que ce facteur est souvent plus petit que sa valeur attendue : quelques-unes des molécules ne se dissolvent pas dans la solutio :

Cela signifie que pour 100 molécules de NaCl en solution, 90 se dissolvent pour produire le Cl- ions et Na⁺ et 10 molécules ne se dissolvent pas (soit un total de 190 molécules au lieu de 200). ν peut être déterminé à partir de la constante de dissociation de la molécule. Par exemple toutes les molécules d’un acide faible ne se dissocient pas dans l’eau.

La K_a de cette réaction est :

Jetons un coup d’oeil à la concentration des espèces avant et après la réaction. En fait, au lieu des concentrations, nous allons considérer la concentration/ concentration initiale de CH₃COOH :

Le nombre total de molécules est

Donc nous savons qu’il ya une diminution de la température en raison des propriétés colligatives. La variation de température est couplée à une variation de la pression de vapeur du mélange. Intuitivement la pression de vapeur du sel dissout est en général très faible en ce qui concerne la pression de vapeur de l’eau. Certains sels ne sont pas volatiles du tout. La pression est égale à la somme des pressions partielles

L’addition d’un sel B dans la so

The post Chapitre 4e: Diagramme de phase appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 4b: Les Liquides

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Sat, 23 May 2015 06:19:31 +0000

Les liquides sont un état condensé : le volume d’un liquide ne change pas beaucoup quand une pression est appliquée. Un liquide est un fluide : il n’a pas sa propre forme et les molécules peuvent se déplacer à l’intérieur. Comme dit précédemment les liquides sont caractérisés par un ordre à courte portée et un désordre à longue portée.

Propriétés des liquides :

1) La tension superficielle :

Quand une goutte d’eau tombe sur une surface métallique (par exemple), la gouttelette ne se propage pas complètement. La goutte n’est pas une monocouche de l’eau mais a encore une forme caractéristique et une largeur :

La forme dépend des interactions entre les molécules du liquide, entre elles, et de leur interaction avec les molécules de la surface. Si les interactions avec la surface sont plus fortes que les interactions internes du liquide alors la goutte se propage sur la surface. La surface est dite hydrophile si un liquide se répand sur elle. A l’opposé, sur une surface hydrophobe, les gouttelettes restent dans une forme sphérique (il est possible d’avoir presqu’ une sphère complète). Si la surface est inclinée la gouttelette va simplement rouler sur la surface. Avec une surface inclinée spécialement conçue en forme d’escalier , il est possible pour une gouttelette de grimper sur elle (Enhanced Droplet Contrôle par ébullition de transition, Alex Grounds, Richard Still & Kei Takashina, rapports scientifiques 2, 720)

La tension superficielle est une propriété du liquide tandis que l’hydrophobie est une propriété de la surface.

Pour augmenter la surface (par ΔS), entre un liquide et un solide, un travail W est nécessaire :

γ est donné pour un type de surface de sorte qu’il ne dépend que de l’interaction entre les molécules du liquide. Une petite tension superficielle signifie que le liquide se propage facilement, que le travail pour augmenter sa surface avec le solide est petite. Par exemple l’huile se répand facilement sur une surface. Au contraire le mercure a des liaisons métalliques très fortes et minimise sa surface avec le solide, il garde une forme sphérique.

2) La Capillarité :

C’est la capacité d’un liquide à circuler dans les espaces étroits sans forces extérieures ou à l’encontre de forces extérieures. Typiquement, si vous plongez partiellement un morceau de papier dans l’eau, l’eau se déplace vers le haut sur le papier en dépit de l’influence de la gravité. La capillarité est la résultante de plusieurs forces : la force d’adhésion entre le liquide et la surface contre le poids du liquide et la force de cohésion dans le liquide. Sur le papier, l’eau va arrêter de se déplacer vers le haut lorsque les forces s’ annulent entre elles :

Dans un tube de verre la force d’adhésion est importante parce que le verre possède des anions O- qui favorisent l’adhérence. Par conséquent la plupart des liquides inorganiques vont grimper dans un tube, nous pouvons voir que la surface du liquide n’est généralement pas plat mais est plutot incurvée, il est appelé le ménisque. L’énergie d’adhésion est suffisamment favorable pour augmenter légèrement la surface de l’eau-air de sorte que la hauteur le long de la paroi est supérieure par rapport au milieu du tube. La différence de hauteur peut être de plusieurs millimètres. Sur un tube gradué la hauteur à considérer est celle du milieu du tube.

Lorsque la force d’adhésion est inférieure à la force de cohésion, le niveau dans le tube sera plus faible que le niveau du liquide hors de celui-ci, c’est le cas pour le mercure. Son ménisque est également différent de la surface du bain de l’eau comme le mercure évite le contact avec la surface.

The post Chapitre 4b: Les Liquides appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.

Chapitre 4a: Les états de la matière: Les Gaz

Dr ABDOLMOHAMMADI AKBAR — Fri, 01 May 2015 07:41:20 +0000

Les états de la matière:

Nous pouvons considérer trois différents états : gaz, liquide et solide et un mélange d’entre eux. Une différence importante entre les trois états de la matière est le volume qu’ils occupent. Un gaz prend tout l’espace disponible, un liquide prend la forme de son récipiant et un solide a sa propre forme. C’est le résultat des interactions entre les molécules qui composent la matière. La composition joue un role mais il n’est pas le seul paramètre à considérer. Simplement défini, la composition de l’eau, de la glace et de la vapeur d’eau est la même (H2O), mais les interactions entre les molécules de H2O sont différentes. Le but de ce chapitre est de décrire les différents états de la matière et les transitions entre eux.

L’agencement de la matière peut être définie à partir de la répartition des atomes de voisinage entre eux. Si nous nous concentrons sur un atome spécifique, la probabilité g (r) de trouver un ou plusieurs atomes à une distance r donnée de l’atome diffère fortement entre les liquides, les solides et les gaz.

Dans un solide les atomes sont organisés et ne se déplacent pas librement (ils peuvent vibrer autour de leur position). La répartition dépend de la géométrie de la matière solide mais elle est caractérisée par des pics élevés localisés à des distances régulières avec g (r) »0 entre eux. Dans un liquide nous pouvons voir qu’il ya encore des couches de voisins autour d’un atome donné mais que l’ordre est moins important. En outre les pics disparaissent après quelques couches. Un liquide est donc caractérisé par un ordre à courte distance et le désordre à longue portée. Le nombre moyen de voisins dans un liquide est en général plus faible que dans un solide. Dans un gaz parfait les atomes ne se subissent pas l’un l’autre et n’ont aucune interaction entre eux. La probabilité de trouver un atome à une distance donnée les uns des autres est donc égale à une distance quelconque. Dans un gaz réel cependant les interactions peuvent exister et g (r) varie légèrement.

Gaz :

Nous sommes entourés par les gaz. Nous pouvons les déplacer quand nous nous dirigeons mais ils appliquent une résistance à nos mouvements. Même lorsque nous ne progressons pas il ya une pression de l’air sur nous. Nous n’y pensons pas parce que nous sommes habitués à cela et notre corps applique une force pour contrer cette pression. Si nous étions soumis à un vide nous irions nous élargir en raison de cette force. Le fait que l’air exerce une pression a été prouvé par Otto Von Guericke (XVIIe siècle). Il construisit deux demi sphères se collant parfaitement pour ne plus en faire qu’une. Il a enlevé l’air à l’intérieur d’elles et a demandé à son seigneur pour essayer de l’ouvrir à l’aide de quatre chevaux. Ils n’ont pas réussi. En remettant de l’air dans la sphère il était, à nouveau, possible de l’ouvrir.

Il ya encore des objets que nous utilisons souvent basés sur ce principe : des ventouses pour la plomberie, celles pour mettre votre GPS sur le pare-brise. Le vide que nous créons n’est jamais complet et la force nécessaire pour retirer une ventouse dépend du degré de vide que nous avons créé. Il devient plus facile de les enlever une fois nous laissons pénétrer un peu d’air dans la ventouse.

Une pression est une force appliquée sur une surface. La pression exercée par l’air dans des conditions standards est d’une atmosphère ce qui équivaut à 101 325 pascals, le plus souvent donnée en hectopascals (1013 hPa). Nous mesurons également la pression d’un gaz avec torr. 1 atm = 760 torr. L’unité de torr est la hauteur, en mm, qui atteint le mercure dans un tube vide quand une pression est appliquée sur le reste de sa surface dans la disposition ci-dessous:

Il existe une relation entre le volume d’un gaz et sa pression. Boyle a déterminé que, à une température constante, la multiplication de la pression d’un gaz par son volume donne une constante.

Si le volume diminue, la pression augmente dans la même proportion :

Charles Gay Lussac observa, d’autre part, que le volume des gaz dépend de la température et que, peu importe le gaz, leur volumes tendent à 0 lorsque la température va vers 0 K (il a étendu les courbes en fonction des changements de d’Etat des gaz).

Un troisième contributeur à la compréhension des gaz est Avogadro qui a indiqué que, à une température et une pression donnée, le volume d’un gaz est proportionnel au nombre d’atomes qu’il contient :

Considérant tout cela la loi des gaz parfaits a été établi :

Cette loi est limitée aux gaz dilués et nous considérons que les particules sont ponctuelles, lointaines et qu’il n’y a pas d’interaction entre eux.

Si l’on considère plusieurs gaz Dalton a montré que la pression totale est donnée par la somme de leurs tensions individuelles.

En conséquence si l’on considère un mélange de deux gaz :

La pression d’un composant particulier du gaz est proportionnelle à sa concentration dans le gaz :

Théorie cinétique des gaz :

On peut mesurer la pression exercée par un gaz sur une surface. Comme expliqué, précédemment, une pression est une force appliquée sur une surface. Une force est une masse multipliée par l’accélération. Une accélération est la variation de vitesse pendant un temps:

A noter que seule la composante de la vitesse perpendiculaire à la surface affecte la pression. Les deux autres composants n’ont pas d’influence sur cette surface particulière :

Nous faisons plusieurs hypothèses sur les particules du gaz :

-Les particules sont de petites tailles et leur volume est négligeable par rapport au volume du gaz. Elles sont considérées comme des points.
-Elles ont toutes la même masse m.
-Elles ont une vitesse constante et vont dans des directions aléatoires. Nous pouvons définir une vitesse moyenne .
-Les particules ne sont pas interagissantes ensemble.
-Toutes les collisions sont purement élastique : il n’y a aucune perte de vitesse ou de l’énergie
Pour déterminer la pression sur une surface S de l’une des parois, on considère que les particules qui sont capables de frapper cette surface dans une période de temps dt. Par conséquent, on ne considère que la particule présente dans un petit cylindre en face de la surface :

Lorsqu’une particule frappe la paroi, il y a une collision élastique et les particules remontent à la même vitesse. Au cours d’une période de temps la vitesse de particules a des changements par rapport à v -v. La force appliquée sur la surface par une particule est ainsi :

Dans le cylindre, il existe un nombre donné de particules :

N/V est la densité de particules dans le gaz. Parmi celles-ci seulement les particules allant dans la direction x sont importantes pour nous et parmi elles seulement les particules allant dans la direction de la surface (pas dans le sens opposé) induisent une pression sur la surface. Une multiplication par 1/6 est ainsi appliquée pour déterminer le nombre de particules incidentes sur la surface. La pression est donc :

Dans cette équation, nous reconnaissons l’énergie cinétique E_k=mv²/2. Garder à l’esprit que N = n.NA, on peut écrire :

Par conséquent on voit que l’énergie cinétique des particules dans un gaz est directement proportionnelle à la température :

A partir de là on voit également que la vitesse moyenne des particules est liée à la masse :

Cela signifie que dans un gaz à une température donnée les particules de l’oxygène et de l’azote ne se déplacent pas à la même vitesse. Par exemple : un ballon gonflé à l’azote (N₂, M = 28) se dégonfle plus rapidement qu’un ballon rempli d’oxygène (O₂, M = 32)

Cette propriété est utilisée pour enrichir l’uranium, à savoir obtenir une plus grande proportion d’un isotope de l’uranium. Compte tenu d’un volume de gaz contenant ²³⁵UF₆ et ²³⁸UF₆, une plus grande proportion de 235UF6 passera par un petit écart car il a une vitesse plus grande que²³⁸UF₆. Ce processus est l’effusion : une séparation sur la base de la vitesse des particules.

La capacité de chaleur (au V = cst) est l’énergie nécessaire pour augmenter la température d’une mole de gaz de 1° est :

La capacité thermique (p = cst) est :

Dans un gaz monoatomique toute l’énergie est utilisée pour augmenter la vitesse des particules.

Gaz diatomiques :

Pour des molécules de plus d’un atome l’énergie cinétique est subdivisée en trois directions (1/2R) par direction.

Si un gaz diatomique est chauffé l’énergie est utilisée par plusieurs processus :

1) traduction/accélération: la vitesse/l’énergie cinétique de la molécule augmente.
2) rotation et vibration :

Il existe deux angles de rotation l’énergie nécessaire pour faire tourner est 2 * 1/2R

Si les molécules vibrent elles ont une énergie potentielle. L’énergie obtenue à partir du chauffage est ainsi répartie en énergie cinétique et énergie potentielle. L’énergie requise pour vibrer est donc aussi 2 * 1/2R.

Les valeurs de Cv et Cp sont donc plus élevées que pour un gaz monoatomique :

Donc si nous donnons de l’énergie à Ne et N2, lequel des gaz devrait chauffer plus ? N2 utilise l’énergie de chauffage pour accélérer mais aussi pour vibrer et effectuer une rotation. Ne utilise toute l’énergie comme énergie cinétique et donc chauffera plus que N2.

Répartition de Maxwell-Boltzmann :

Dans les calculs que nous avons fait nous avons supposé que toutes les particules d’un gaz ont été touchées de manière identique par la chaleur. En réalité, la capacité thermique dépend de la température mais tend à 7/2R quand T tend à l’infini. L’explication :

Les particules peuvent avoir différents niveaux de l’énergie cinétique. Lorsque l’énergie est fournie toutes les particules sont également excité. Une proportion de leur population augmente son énergie cinétique d’un niveau (ou plus éventuellement). Au ok (zéro absolu), toutes les particules sont au niveau le plus bas et ne bougent pas. Elles sont congelés.

La population sur le deuxième niveau est donnée par :

ΔE1 est la différence d’énergie entre le niveau 1 et le niveau 0. k = R / NA est la constante de Boltzmann. En général la population est donnée par :

La distribution de la vitesse des particules dans les niveaux d’énergie sont données par la loi de distribution de Maxwell-Boltzmann. A partir de ce qui est dit plus haut on peut ainsi déterminer la variation du niveau en fonction de la vitesse :

Avec A une constante indéterminée nous pouvons écrire cette équation différemment :

Il est possible d’intégrer cette équation sachant que :

Cela signifierait que A=(m/2πkT)^1/2. Cependant la vitesse possède trois composants. En conséquence la distribution est :

De même pour la probabilité de présence des électrons pour les orbitales électroniques nous intégrons sur une sphère et il faut multiplier cette équation par 4πv². Nous allons ainsi obtenir la proportion de dN particules sur le nombre total de N particules avec une vitesse donnée dv :

On peut voir sur cette figure que la vitesse moyenne augmente avec la température comme il a été déterminé précédemment dans la relation :

de la loi des gaz parfaits. La vitesse la plus probable se trouve au maximum des courbes quand le DN/N/dv = 0, soit à :

La vitesse moyenne que nous trouvons est un peu plus petite que celle obtenue à partir de la loi des gaz parfaits :

gaz réels :

La loi des gaz parfaits fonctionne bien pour les gaz dilués. Si nous augmentons la pression ou la température des gaz nous voyons des déviations de la loi des gaz parfaits :

Il est parce que le nombre d’interactions entre les particules devient moins négligeable. Les interactions peuvent être attractives ou répulsives mais sont faibles par rapport à l’énergie de liaison par exemple. Les interactions peuvent être entre dipôles induits ou entre dipôles permanents :

Interaction dipôle permanent- dipôle permanent

Dans ce cas les molécules composant le gaz possèdent déjà un moment dipolaire. Les charges δ + et δ- de molécules qui passent près les unes des autres interagissent : une attraction est induite entre les charges opposées et une répulsion entre les dipôles de même charge :

interaction dipôle induit-dipôle induit

Les électrons près d’un noyau sont, statistiquement, également répartis autour du noyau. En d’autres termes le nuage d’électrons est sphérique et la densité d’électrons est identique dans toutes les directions. Cependant les électrons sont constamment en mouvement et les hétérogénéités de la charge peuvent apparaître temporairement. En fait l’apparition de ces dipôles est fréquente mais dans la moyenne leur moment dipolaire est annulé.

Quand un atome passe près d’un autre atome, montrant un dipôle, il adapte son nuage d’électrons envers ce dipôle pour réduire la répulsion entre eux :

En général, les interactions sont favorables entre les particules d’un gaz. Les particules ont tendance à rester à proximité les unes des autres en diminuant la pression à l’égard d’un gaz parfait.

D’autre part les particules ont un volume approprié et les autres particules ne peuvent pas pénétrer dans ce volume. Dans la loi des gaz parfaits les particules ont été considérées comme des points avec un volume négligeable.

Il en résulte que, avec l’augmentation des interactions, la pression augmente plus rapidement que pour un gaz parfait.

Au lieu de la loi de gaz parfait PV = nRT nous devons considérer l’équation de van der Waals pour les gaz réels :

Dans le terme de pression le + a (n / v) 2 exprime les interactions entre les particules. (a) représente la force d’interaction dont la valeur dépend du type d’interaction, la taille des molécules, le nombre d’électrons, etc.. (n/V)2 représente la « densité » des interactions et devrait en fait être n / V * (N-1/V) tel que chaque particule du volume (n) peut interagir avec toutes les autres particules (n-1) mais que le n est proportionnel à NA; la différence est négligeable.

En terme de volume b représente le covolume d’une particule. Le volume vide où les particules peuvent se déplacer est le volume total moins le volume des n particules composant le gaz.

Dans la figure du potentiel de Lenard Jones nous pouvons relier a et b à l’énergie de la fosse et à la distance d’approche plus petite σ :

L’enthalpie de vaporisation ΔHv reflète l’énergie nécessaire pour transformer un liquide en gaz. Il nécessite plus d’énergie pour vaporiser les molécules avec des interactions fortes que de molécules avec dipôles induits seulement. Les sprays d’eau sont vendus à cause de cette propriété : une fois sur notre peau les petites gouttelettes se vaporisent, prennent l’énergie de la peau, diminuant sa température et donnant une sensation de fraîcheur.

Le processus inverse est la liquéfaction. Les molécules de gaz sont distantes les unes des autres. Pour devenir liquide les particules se déplacent dans la fosse de potentiel. Toutefois, si elles ont une trop grande énergie cinétique (dépend de la température), ils vont sortir de l’autre particule. Il faut de l’énergie pour quitter la fosse de potentiel. En conséquence la liquéfaction implique une diminution de la température.

The post Chapitre 4a: Les états de la matière: Les Gaz appeared first on BORZUYA UNIVERSITY.