En quoi l'habitat d'un Ours polaire dépend-il de la chimie de l'eau ?

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Notions essentielles

La matière est constituée d’éléments chimiques purs ou combinés :

Les éléments chimiques ne peuvent être décomposés chimiquement en substances plus simples : c’est le sens du mot « atomos ». L’atome, la plus petite unité d’un élément chimique, possède les composantes suivantes :

  • Le noyau, est la somme des protons et neutrons ;
  • Les protons, de charge positive, définissent l’atome ;
  • Les neutrons, sans charge, définissent l’isotope ;
  • Les électrons, de charge négative, définissent le comportement chimique de l’élément en question.

Les propriétés d’un élément chimique sont déterminées par la structure de ses atomes (Souvenez-vous que de nouvelles propriétés émergent toujours de l’association d’éléments plus petits)

Dans un atome électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

Le nombre de proton détermine le numéro atomique donc définit l’atome.

La masse atomique est mesurée en DALTONS, et est sensiblement égale à la somme des protons et des neutrons. Les isotopes instables d’un élément chimique émettent des particules et de l’énergie sous forme de radioactivité (Utilisée en biologie comme traceur cellulaire ; c’est aussi l’origine de la chaleur de la Terre).

Dans un atome, les électrons occupent des couches spécifiques. Les électrons d’une couche possèdent un niveau d’énergie particulier.

Le comportement chimique d’un atome dépend de la répartition des électrons dans les couches : un atome dont la dernière couche de valence est incomplète est REACTIF, contrairement aux atomes formant le groupe des gaz rares.

Les électrons sont localisés dans des orbitales, c’est-à-dire des espaces tridimensionnels aux formes particulières qui sont des composantes des couches électroniques.

Les éléments chimiques combinés forment des composés aussi appelés molécules. Une molécule comporte deux ou plusieurs éléments chimiques dans des proportions définies comme c’est le cas de l’eau.

Le carbone, l’oxygène, l’hydrogène et l’azote forment environ 96% de la matière vivante. Ce sont des éléments chimiques capables de voyager dans l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la lithosphère.

La formation et la fonction des molécules dépendent des liaisons chimiques entre les atomes :

Quand les atomes interagissent, des liaisons chimiques se forment entre eux et leur permettent de combler le dernier niveau énergétique.

Les liaisons fortes :

  • Une liaison covalente est la mise en commun de paires d’électrons de valence. Les molécules sont constituées de deux atomes ou plus unis par covalence. L’électronégativité d’un atome est son attraction pour les électrons d’une liaison covalente. Si les deux atomes sont identiques, ils possèdent la même électronégativité et partagent une liaison covalente non polaire. Les électrons engagés dans une liaison covalente polaire sont surtout attirés par l’atome le plus électronégatif.
  • Une liaison ionique est l’attraction entre deux ions de charges opposées. Le transfert d’électrons forme des ions. Un ion se forme quand un atome ou une molécule gagne ou cède un électron et devient chargé. (ex : la liaison ionique entre Na+ et Cl-)

Les liaisons faibles :

Les liaisons faibles renforcent la forme tridimensionnelle des grosses molécules et permettent l’association des molécules. C’est le cas de la molécule d’ADN.

  • Une liaison hydrogène est une attraction entre un atome d’hydrogène portant une charge partielle positive (d1) et un atome électronégatif (d2). L’exemple classique est la molécule d’ADN et sa réplication, propriété dont la technique de la PCR exploite les avantages ; les molécules d’eau forment aussi des liaisons hydrogènes.
  • Les forces de Van der Waals apparaissent entre les régions provisoirement positives et négatives de deux molécules ; c’est un potentiel interatomique dû à une interaction électrique de faible intensité entre deux atomes ou molécules, ou entre une molécule et un cristal (ex : le gecko)

Forme d’une molécule :

  • La forme de la molécule est déterminée par la position des orbitales du dernier niveau énergétique des atomes qui composent la molécule. Les liaisons covalentes forment des orbitales hybrides responsables de la forme tridimensionnelle des molécules d’H2O, de CH4 et de nombreuses molécules organiques complexes.
  • La forme tridimensionnelle est habituellement la base de la reconnaissance d’une molécule biologique par une autre. C’est le cas des neuromédiateurs ou des hormones dont les formes sont complémentaires de récepteurs (Concept Clé-serrure), ou encore des enzymes et de leurs substrats.

Les réactions chimiques établissent et rompent des liaisons chimiques :

  • Les réactions chimiques transforment les réactifs en produits tout en conservant la matière.
  • Elles sont toutes théoriquement réversibles.
  • L’équilibre chimique est atteint quand les réactions directes et inverses se produisent à la même vitesse.

 

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Figure 2

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Nombre d'oxydation et capacité de liaison d'un atome

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La liaison ionique, une autre liaison forte.

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La forme trimentionelle, la base de la reconnaissance entre molécules.

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Miller

 

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L’organisation chimique fondamentale de la vie :

 

La matière est constituée d’éléments chimiques purs ou combinés :

Les éléments chimiques ne peuvent être décomposés chimiquement en substances plus simples : c’est le sens du mot « atomos ». L’atome, la plus petite unité d’un élément chimique, possède les composantes suivantes :

  • Le noyau, est la somme des protons et neutrons ;
  • Les protons, de charge positive, définissent l’atome ;
  • Les neutrons, sans charge, définissent l’isotope ;
  • Les électrons, de charge négative, définissent le comportement chimique de l’élément en question.

Les propriétés d’un élément chimique sont déterminées par la structure de ses atomes (Souvenez-vous que de nouvelles propriétés émergent toujours de l’association d’éléments plus petits)

Dans un atome électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

Le nombre de proton détermine le numéro atomique donc définit l’atome.

La masse atomique est mesurée en DALTONS, et est sensiblement égale à la somme des protons et des neutrons. Les isotopes instables d’un élément chimique émettent des particules et de l’énergie sous forme de radioactivité (Utilisée en biologie comme traceur cellulaire ; c’est aussi l’origine de la chaleur de la Terre).

Dans un atome, les électrons occupent des couches spécifiques. Les électrons d’une couche possèdent un niveau d’énergie particulier.

Le comportement chimique d’un atome dépend de la répartition des électrons dans les couches : un atome dont la dernière couche de valence est incomplète est REACTIF, contrairement aux atomes formant le groupe des gaz rares.

Les électrons sont localisés dans des orbitales, c’est-à-dire des espaces tridimensionnels aux formes particulières qui sont des composantes des couches électroniques.

Les éléments chimiques combinés forment des composés aussi appelés molécules. Une molécule comporte deux ou plusieurs éléments chimiques dans des proportions définies comme c’est le cas de l’eau.

Le carbone, l’oxygène, l’hydrogène et l’azote forment environ 96% de la matière vivante. Ce sont des éléments chimiques capables de voyager dans l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la lithosphère.

 

La formation et la fonction des molécules dépendent des liaisons chimiques entre les atomes :

Quand les atomes interagissent, des liaisons chimiques se forment entre eux et leur permettent de combler le dernier niveau énergétique.

Les liaisons fortes :

  • Une liaison covalente est la mise en commun de paires d’électrons de valence. Les molécules sont constituées de deux atomes ou plus unis par covalence. L’électronégativité d’un atome est son attraction pour les électrons d’une liaison covalente. Si les deux atomes sont identiques, ils possèdent la même électronégativité et partagent une liaison covalente non polaire. Les électrons engagés dans une liaison covalente polaire sont surtout attirés par l’atome le plus électronégatif.
  • Une liaison ionique est l’attraction entre deux ions de charges opposées. Le transfert d’électrons forme des ions. Un ion se forme quand un atome ou une molécule gagne ou cède un électron et devient chargé. (ex : la liaison ionique entre Na+ et Cl-)

Les liaisons faibles :

Les liaisons faibles renforcent la forme tridimensionnelle des grosses molécules et permettent l’association des molécules. C’est le cas de la molécule d’ADN.

  • Une liaison hydrogène est une attraction entre un atome d’hydrogène portant une charge partielle positive (d1) et un atome électronégatif (d2). L’exemple classique est la molécule d’ADN et sa réplication, propriété dont la technique de la PCR exploite les avantages ; les molécules d’eau forment aussi des liaisons hydrogènes.
  • Les forces de Van der Waals apparaissent entre les régions provisoirement positives et négatives de deux molécules ; c’est un potentiel interatomique dû à une interaction électrique de faible intensité entre deux atomes ou molécules, ou entre une molécule et un cristal (ex : le gecko)

Forme d’une molécule :

  • La forme de la molécule est déterminée par la position des orbitales du dernier niveau énergétique des atomes qui composent la molécule. Les liaisons covalentes forment des orbitales hybrides responsables de la forme tridimensionnelle des molécules d’H2O, de CH4 et de nombreuses molécules organiques complexes.
  • ·       La forme tridimensionnelle est habituellement la base de la reconnaissance d’une molécule biologique par une autre. C’est le cas des neuromédiateurs ou des hormones dont les formes sont complémentaires de récepteurs (Concept Clé-serrure), ou encore des enzymes et de leurs substrats.

 

Les réactions chimiques établissent et rompent des liaisons chimiques :

  • Les réactions chimiques transforment les réactifs en produits tout en conservant la matière.
  • Elles sont toutes théoriquement réversibles.
  • L’équilibre chimique est atteint quand les réactions directes et inverses se produisent à la même vitesse.

 

Bilan : la vie repose sur la structure et le fonctionnement de molécules, elles-mêmes formées d’atomes, parfois en très grand nombre. Ces atomes sont liés les uns aux autres par différents types de liaison permettant la forme tridimensionnelle des molécules et du coup leur fonction. Ainsi, dès la naissance des atomes, la marche inexorable de la vie vers une complexification repose sur des liaisons, des interactions multiples, plus ou moins fortes, donnant naissance à une diversité incroyable de molécules. On peut donc affirmer que de nouvelles propriétés ont émergé de l’interaction entre atomes de carbone, d’oxygène, d’hydrogène, et d’azote essentiellment.