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Directionnalité des réactions chimiques# - Biologie


Directionnalité des réactions chimiques

Réactions chimiques

Réactions chimiques se produisent lorsque deux atomes ou plus se lient pour former des molécules ou lorsque des atomes liés sont séparés. Les substances qui « entrent » dans une réaction chimique sont appelées les réactifs (par convention, ceux-ci sont généralement répertoriés sur le côté gauche d'une équation chimique), et les substances trouvées qui « sortent » de la réaction sont connues sous le nom de des produits (par convention, ceux-ci se trouvent généralement du côté droit d'une équation chimique). de droite à gauche; de haut en bas, en diagonale de droite à gauche, autour d'une flèche circulaire, etc.)

2H2O2 (peroxyde d'hydrogène) → 2H2O (eau) + O2 (oxygène)

Remarque : discussion possible

S'entraîner: Identifiez les réactifs et les produits de la réaction impliquant le peroxyde d'hydrogène ci-dessus.

Remarque : discussion possible

Quand on écrit H2O2 pour représenter la molécule de peroxyde d'hydrogène, il s'agit d'un modèle représentant une molécule réelle. Quelles informations sur la molécule sont immédiatement communiquées par cette formule moléculaire ? C'est-à-dire que savez-vous de la molécule simplement en regardant le terme H2O2? Quelles informations ne sont pas explicitement communiquées sur cette molécule en ne regardant que la formule ?

Certaines réactions chimiques, comme celle illustrée ci-dessus, se déroulent principalement dans une direction. Lorsque nous décrivons les réactions avec une flèche à une seule tête (unidirectionnelle), nous sous-entendons que la réaction est essentiellement irréversible. Cependant, toutes les réactions peuvent techniquement se dérouler dans les deux sens. Réactions réversibles sont ceux qui peuvent procéder dans les deux sens. Dans les réactions réversibles, les réactifs sont transformés en produits, mais lorsque la concentration de produit dépasse un certain seuil (une caractéristique particulière à une réaction spécifique), certains de ces produits seront reconvertis en réactifs. Ce va-et-vient se poursuit jusqu'à ce qu'un certain équilibre relatif entre les réactifs et les produits se produise - un état appelé équilibre. Ces situations de réactions réversibles sont souvent désignées par une équation chimique avec une flèche à double tête pointant à la fois vers les réactifs et les produits. Vous trouverez un continuum de réactions chimiques ; certains procèdent principalement dans une direction et ne s'inversent presque jamais, tandis que d'autres changent facilement de direction en fonction de divers facteurs tels que les concentrations relatives de réactifs et de produits. C'est-à-dire que vous trouverez des réactions avec toutes sortes de points d'équilibre.

Utilisation de vocabulaire

Vous vous êtes peut-être rendu compte que les termes « réactifs » et « produits » sont relatifs à la direction de la réaction. Si vous avez une réaction réversible, cependant, les produits de la réaction dans un sens deviennent les réactifs de l'inverse. Vous pouvez étiqueter le même composé avec deux termes différents. Cela peut être un peu déroutant. Alors, que faire dans de tels cas ? La réponse est que si vous voulez utiliser les termes "réactifs" et "produits", vous devez être clair sur la direction de la réaction à laquelle vous faites référence.

Regardons un exemple de réaction réversible en biologie. Dans le sang humain, l'excès d'ions hydrogène (H+) se lient aux ions bicarbonate (HCO3-), formant un état d'équilibre avec l'acide carbonique (H2CO3). Cette réaction est facilement réversible. Si de l'acide carbonique était ajouté à ce système, une partie serait convertie en bicarbonate et en ions hydrogène alors que le système chimique recherchait l'équilibre.

[HCO_3^−+ H^+ ightleftharpons H_2CO_3]

Les exemples ci-dessus examinent les systèmes chimiques "idéalisés" tels qu'ils pourraient se produire dans un tube à essai. Dans les systèmes biologiques, cependant, l'équilibre pour une réaction unique est rarement obtenu comme cela pourrait être le cas en laboratoire. Dans les systèmes biologiques, les réactions ne se produisent pas isolément. Les concentrations des réactifs et/ou des produits changent constamment, souvent un produit d'une réaction étant un réactif pour une autre réaction. Ces réactions liées forment ce qu'on appelle des voies biochimiques. L'exemple immédiat ci-dessous illustre le point des voies biochimiques et une autre mise en garde. Alors que la réaction entre le bicarbonate/proton et l'acide carbonique est hautement réversible, il s'avère que, physiologiquement, cette réaction est généralement "tirée" vers la formation d'acide carbonique. Pourquoi? Comme indiqué ci-dessous, l'acide carbonique devient un réactif pour une autre réaction biochimique - sa conversion en CO2 et H2O. Cette conversion réduit la concentration de H2CO3, tirant ainsi la réaction entre le bicarbonate et H+ vers la droite. De plus, une troisième réaction unidirectionnelle, l'élimination du CO2 et H2O du système, tire également la réaction plus vers la droite. Ces types de réactions contribuent de manière importante au maintien de l'homéostasie H+ de notre sang.

[ HCO_3^- + H^+ ightleftharpoons H_2CO_3 ightleftharpoons CO_2 + H_20 ightarrow déchets]

Figure 1. La réaction de synthèse de l'acide carbonique est en effet liée à sa décomposition en (CO_2) et (H_2O). Ces produits sont ensuite retirés du système/corps lorsqu'ils sont expirés. Ensemble, la décomposition de l'acide carbonique et le fait d'expirer les produits tirent la première réaction vers la droite.


Tous les éléments sont plus stables lorsque leur enveloppe la plus externe est remplie d'électrons selon la règle de l'octet. En effet, il est énergétiquement favorable pour les atomes d'être dans cette configuration et cela les rend stables. Cependant, comme tous les éléments n'ont pas assez d'électrons pour remplir leur enveloppe extérieure, les atomes se forment liaisons chimiques avec d'autres atomes, obtenant ainsi les électrons dont ils ont besoin pour atteindre une configuration électronique stable. Lorsque deux atomes ou plus se lient chimiquement les uns aux autres, la structure chimique résultante est une molécule. La molécule d'eau familière, H2O, se compose de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, qui se lient pour former de l'eau, comme illustré à la figure 1. Les atomes peuvent former des molécules en donnant, en acceptant ou en partageant des électrons pour remplir leur enveloppe externe.

Figure 1. Deux atomes ou plus peuvent se lier les uns aux autres pour former une molécule. Lorsque deux hydrogènes et un oxygène partagent des électrons via des liaisons covalentes, une molécule d'eau se forme.

Réactions chimiques se produisent lorsque deux atomes ou plus se lient pour former des molécules ou lorsque des atomes liés sont séparés. Les substances utilisées au début d'une réaction chimique sont appelées les réactifs (généralement trouvé sur le côté gauche d'une équation chimique), et les substances trouvées à la fin de la réaction sont connues sous le nom de des produits (généralement trouvé sur le côté droit d'une équation chimique). Une flèche est généralement dessinée entre les réactifs et les produits pour indiquer la direction de la réaction chimique, cette direction n'est pas toujours une «voie à sens unique». Pour la création de la molécule d'eau montrée ci-dessus, l'équation chimique serait :

Un exemple de réaction chimique simple est la décomposition de molécules de peroxyde d'hydrogène, dont chacune se compose de deux atomes d'hydrogène liés à deux atomes d'oxygène (H2O2). Le réactif peroxyde d'hydrogène est décomposé en eau, contenant un atome d'oxygène lié à deux atomes d'hydrogène (H2O), et l'oxygène, qui se compose de deux atomes d'oxygène liés (O2). Dans l'équation ci-dessous, la réaction comprend deux molécules de peroxyde d'hydrogène et deux molécules d'eau. Ceci est un exemple de équation chimique équilibrée, dans laquelle le nombre d'atomes de chaque élément est le même de chaque côté de l'équation. Selon la loi de conservation de la matière, le nombre d'atomes avant et après une réaction chimique doit être égal, de sorte qu'aucun atome ne soit, dans des circonstances normales, créé ou détruit.

Même si tous les réactifs et produits de cette réaction sont des molécules (chaque atome reste lié à au moins un autre atome), dans cette réaction, seuls le peroxyde d'hydrogène et l'eau sont représentatifs d'une sous-classe de molécules appelées composés: ils contiennent des atomes de plus d'un type d'élément. L'oxygène moléculaire, d'autre part, comme le montre la figure 2, se compose de deux atomes d'oxygène doublement liés et n'est pas classé comme un composé mais comme un élément.

Figure 2. Les atomes d'oxygène dans un O2 molécule sont liés par une double liaison.

Certaines réactions chimiques, telles que celle illustrée ci-dessus, peuvent se dérouler dans une direction jusqu'à ce que tous les réactifs soient épuisés. Les équations qui décrivent ces réactions contiennent une flèche unidirectionnelle et sont irréversible. Réactions réversibles sont ceux qui peuvent aller dans les deux sens. Dans les réactions réversibles, les réactifs sont transformés en produits, mais lorsque la concentration de produit dépasse un certain seuil (caractéristique de la réaction particulière), certains de ces produits seront reconvertis en réactifs à ce stade, les désignations de produits et de réactifs sont renversé. Ce va-et-vient se poursuit jusqu'à ce qu'un certain équilibre relatif entre les réactifs et les produits se produise - un état appelé équilibre. Ces situations de réactions réversibles sont souvent désignées par une équation chimique avec une double flèche pointant vers les réactifs et les produits.

Par exemple, dans le sang humain, les ions hydrogène en excès (H + ) se lient aux ions bicarbonate (HCO3 – ) formant un état d'équilibre avec l'acide carbonique (H2CO3). Si de l'acide carbonique était ajouté à ce système, une partie serait convertie en bicarbonate et en ions hydrogène.

Dans les réactions biologiques, cependant, l'équilibre est rarement obtenu parce que les concentrations des réactifs ou des produits ou des deux changent constamment, souvent avec un produit d'une réaction étant un réactif pour un autre. Pour reprendre l'exemple de l'excès d'ions hydrogène dans le sang, la formation d'acide carbonique sera le sens majeur de la réaction. Cependant, l'acide carbonique peut également quitter le corps sous forme de gaz carbonique (via l'expiration) au lieu d'être reconverti en ion bicarbonate, entraînant ainsi la réaction vers la droite par la loi chimique connue sous le nom de loi d'action de masse. Ces réactions sont importantes pour maintenir l'homéostasie de notre sang.


Introduction

Les réactions métaboliques permettent la fonction cellulaire en convertissant les nutriments en énergie et en assemblant des macromolécules qui soutiennent la machinerie cellulaire. 1 Le métabolisme cellulaire est généralement considéré comme un ensemble de voies comprenant des réactions enzymatiques associées à de larges catégories fonctionnelles. Pourtant, les réactions métaboliques sont fortement interconnectées : les enzymes convertissent plusieurs réactifs en produits avec d'autres métabolites agissant comme cofacteurs, les enzymes peuvent catalyser plusieurs réactions, et certaines réactions sont catalysées par plusieurs enzymes, et ainsi de suite. Ce réseau de réactions enchevêtrées se prête donc naturellement à l'analyse de réseau, une approche qui a été appliquée avec succès à différents aspects de la biologie cellulaire et moléculaire, par exemple, les interactions protéine-protéine, 2 la régulation transcriptionnelle, 3 ou la structure des protéines. 4,5

Les outils de la théorie des graphes 6 ont déjà été appliqués à l'analyse des propriétés structurelles des réseaux métaboliques, y compris leur distribution de degré, 7,8,9,10 la présence de rôles métaboliques, 11 et leur structure communautaire. 12,13,14,15 Un défi central, cependant, est qu'il existe de multiples façons de construire un réseau à partir d'un modèle métabolique. 16 Par exemple, on peut créer un graphe avec des métabolites comme nœuds et arêtes représentant les réactions qui transforment un métabolite en un autre 7,8,17,18 un graphe avec des réactions comme nœuds et arêtes correspondant aux métabolites partagés entre eux 19,20, 21 ou même un graphique bipartite avec à la fois des réactions et des métabolites comme nœuds. 22 Il est important de noter que les conclusions des analyses théoriques des graphes dépendent fortement de la construction de graphe choisie. 23

Une caractéristique clé des réactions métaboliques est la directionnalité des flux : les réseaux métaboliques contiennent à la fois des réactions irréversibles et réversibles, et les réactions réversibles peuvent changer de direction en fonction des contextes cellulaires et environnementaux. 1 Les constructions de graphes existantes ont été utiles pour développer une compréhension intuitive de la complexité métabolique. Cependant, bon nombre de ces constructions conduisent à des graphiques qui n'incluent pas d'informations directionnelles essentielles à la fonction métabolique. 8,16 De plus, les constructions de graphes actuelles sont généralement dérivées de l'ensemble des réactions métaboliques dans un organisme et correspondent donc à un « plan » métabolique générique de la cellule. Pourtant, les cellules activent et désactivent des voies spécifiques pour maintenir leur budget énergétique dans différents environnements. 24 Par conséquent, de tels graphiques directeurs pourraient ne pas capturer la connectivité métabolique spécifique dans un environnement donné, limitant ainsi leur capacité à fournir des informations biologiques dans différentes conditions de croissance.

Dans cet article, nous présentons une approche basée sur le flux pour construire des graphiques métaboliques qui encapsulent le flux directionnel des métabolites produits ou consommés par des réactions enzymatiques. Les graphiques proposés peuvent être adaptés pour incorporer des distributions de flux dans différentes conditions environnementales. Pour présenter notre approche, nous procédons en deux étapes. Nous définissons d'abord le Graphique de flux normalisé (NFG), un graphe orienté pondéré avec des réactions comme nœuds, des arêtes qui représentent les relations fournisseur-consommateur entre les réactions, et des poids donnés par la probabilité qu'un métabolite choisi au hasard parmi toutes les réactions soit produit/consommé par la réaction source/cible. Ce graphique peut être utilisé pour effectuer des analyses théoriques de graphique de l'organisation métabolique à l'échelle de l'organisme indépendamment du contexte cellulaire ou des conditions environnementales. Nous montrons ensuite que ce formalisme peut être adapté de manière transparente pour construire le Mass Flow Graph (MFG), un graphique orienté, dépendant de l'environnement, avec des poids calculés à partir de Flux Balance Analysis (FBA), 25 la méthode la plus répandue pour étudier le métabolisme à l'échelle du génome. réseaux.

Notre formulation aborde plusieurs inconvénients des constructions actuelles de graphes métaboliques. Premièrement, dans nos graphiques de flux, une arête indique que les métabolites sont produits par la réaction source et consommés par la réaction cible, ce qui représente la directionnalité métabolique et le flux naturel de masse chimique des réactifs aux produits. Deuxièmement, le graphique de flux normalisé écarte naturellement la surreprésentation des métabolites du pool (par exemple, l'adénosine triphosphate (ATP), le nicotinamide adénine dinucléotide (NADH), les protons, l'eau et d'autres cofacteurs) qui apparaissent dans de nombreuses réactions et ont tendance à obscurcir la connectivité graphique. Notre construction évite la suppression des métabolites du pool du réseau, ce qui peut changer radicalement la structure du graphe. 26,27,28,29,30 Enfin, le graphique de débit massique incorpore des informations biologiques supplémentaires reflétant l'effet du contexte environnemental dans la construction du graphique. En particulier, étant donné que les poids dans le MFG correspondent directement aux flux (en unités de masse par temps), différents scénarios biologiques peuvent être analysés en utilisant des flux équilibrés (par exemple, à partir de différentes solutions FBA) sous différentes sources de carbone et d'autres perturbations environnementales. 16,25,31,32

Après avoir présenté le cadre mathématique, nous présentons notre approche avec deux exemples. Premièrement, en l'absence de contexte environnemental, notre analyse du NFG du modèle de base de Escherichia coli métabolisme 33 révèle l'importance d'inclure la directionnalité et les poids de bord appropriés dans le graphique pour comprendre l'organisation modulaire des sous-systèmes métaboliques. Nous utilisons ensuite des solutions FBA calculées pour plusieurs conditions de croissance pertinentes pour E. coli, et montrent que la structure du MFG change radicalement dans chaque cas (par exemple, connectivité, classement des réactions, structure de la communauté), capturant ainsi la nature dépendante de l'environnement du métabolisme. Deuxièmement, nous étudions un modèle de métabolisme des hépatocytes humains évalué dans différentes conditions pour le type sauvage et dans une mutation trouvée dans l'hyperoxalurie primaire de type 1, un trouble métabolique rare, 34 et montrons comment les changements dans la structure du réseau des MFG révèlent de nouvelles informations qui est complémentaire à l'analyse de flux prédite par FBA.


Chimie La science moléculaire 5e

Problème 1

Définissez les termes "système favorisé par le produit" et "Système favorisé par les réactifs". Donnez un exemple de chacun.

Problème 2

Quelles sont les deux façons dont un état chimique final d'un système peut être plus probable que son état initial ?

Problème 3

Définissez le terme "entropie" et donnez un exemple d'un échantillon de matière qui a une entropie nulle. Quelles sont les unités d'entropie ? En quoi diffèrent-elles des unités d'enthalpie ?

Problème 4

Énoncez cinq règles qualitatives utiles pour prédire les changements d'entropie lorsque des changements chimiques ou physiques se produisent.

Problème 5

Énoncer la deuxième loi de la thermodynamique.

Problème 6

En termes de valeurs de $Delta_ H^$ et $Delta_ S^,$ dans quelles conditions pouvez-vous être sûr qu'une réaction est favorisée par le produit ? Quand pouvez-vous être sûr qu'il n'est pas favorisé par le produit ?

Problème 7

Définissez le changement d'énergie libre de Gibbs d'une réaction chimique en termes de changements d'enthalpie et d'entropie. Pourquoi le changement d'énergie libre de Gibbs est-il particulièrement utile pour prédire si une réaction est favorisée par le produit ?

Problème 8

Pourquoi les matériaux dont les réactions libèrent de grandes quantités d'énergie gratuite de Gibbs sont-ils utiles à la société ? Donnez deux exemples de tels matériaux.

Problème 9

Définissez les termes "endergonic" et "exergonic."

Problème 10

Définissez ces termes biochimiques importants : métabolisme, nutriments, ATP, ADP, réactions couplées, photosynthèse.

Problème 11

Décrire deux façons de provoquer des réactions favorisées par les réactifs pour former des produits.

Problème 12

Décrivez le processus par lequel la lumière du soleil est utilisée pour convertir des substances à haute entropie et à faible énergie sans Gibbs en substances à faible entropie et à haute énergie sans Gibbs.

Problème 13

Pour chaque processus, écrivez une équation chimique et classez le processus comme étant favorisé par les réactifs ou par les produits.
(a) L'eau se décompose en ses éléments, l'hydrogène et l'oxygène.
(b) L'essence déversée sur le sol s'évapore (utilisez l'octane, $mathrm_ <8>mathrm_<18>,$ pour représenter l'essence).
(c) Le sucre se dissout dans l'eau à température ambiante.

Problème 14

Pour chaque processus, écrivez une équation chimique et classez le processus comme étant favorisé par les réactifs ou par les produits.
(a) Le dioxyde de carbone gazeux se décompose en ses éléments, carbone et oxygène.
(b) La carrosserie en acier (principalement en fer) d'une automobile rouille.
(c) L'essence réagit avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone et de l'eau (utiliser l'octane, $mathrm_ <8>mathrm_<18>,$ pour représenter l'essence).

Problème 15

Supposons que vous lancez une pièce.
(a) Quelle est la probabilité que la pièce tombe face ?
(b) Quelle est la probabilité qu'il vienne pile ?
(c) Si vous lancez la pièce 100 fois, quel est le nombre le plus probable de faces et de faces que vous verrez ?

Problème 16

Supposons que vous fassiez un tétraèdre et que vous mettiez les nombres $1,2,3,$ et 4 sur chacun des quatre côtés. Vous lancez le tétraèdre en l'air et l'observez une fois qu'il s'est immobilisé.
(a) Quelle est la probabilité que le tétraèdre s'immobilise avec les nombres $2,3,$ et 4 visibles ?
(b) Quelle est la probabilité que le tétraèdre s'immobilise avec les nombres $1,2,$ et 3 visibles ?
(c) Si vous lancez le tétraèdre 100 fois, quel est le nombre de fois le plus probable que vous verrez un 1 après qu'il se soit immobilisé ?

Problème 17

Problème 18

Supposons que vous ayez quatre molécules identiques étiquetées 1,2 , 3 et 4. Dessinez 16 diagrammes simples à deux flacons comme dans la figure de la question $17,$ et dessinez tous les arrangements possibles des quatre molécules dans les deux flacons. Combien de ces arrangements ont deux molécules dans chaque flacon ? Combien n'ont aucune molécule dans un flacon ? A partir de ces résultats, quel est l'arrangement le plus probable des molécules ? Quel arrangement a l'entropie la plus élevée ?

Problème 19

Pour chaque processus, dites si le changement d'entropie du système est positif ou négatif.
(a) La vapeur d'eau (le système) se dépose sous forme de cristaux de glace sur une vitre froide.
(b) Une canette de boisson gazeuse perd son pétillement. (Considérez la boisson mais pas la canette comme système. Qu'arrive-t-il à l'entropie du gaz dissous ?)
(c) Un souffleur de verre chauffe le verre (le système) à sa température de ramollissement.

Problème 20

Pour chaque processus, dites si le changement d'entropie du système est positif ou négatif.
(a) L'eau bout.
(b) Une cuillère à café de sucre se dissout dans une tasse de café. (Le système se compose à la fois de sucre et de café.)
(c) Le carbonate de calcium précipite hors de l'eau dans une grotte pour former des stalactites et des stalagmites. (Considérez uniquement le carbonate de calcium comme système.)

Problème 21

Pour chaque situation décrite à la question 13,$, prédisez si l'entropie du système augmente ou diminue.

Problème 22

Pour chaque situation décrite à la question $14,$ prédisez si l'entropie du système augmente ou diminue.

Problème 23

Pour chaque paire d'éléments, prédisez lequel a l'entropie la plus élevée et expliquez pourquoi.
(a) Item 1, un échantillon de $mathrm solide_<2>$ à $-78^ mathrm$, ou élément $2, mathrm_<2>$ vapeur à < >^ mathrm$
(b) Article 1, sucre solide, ou article 2 , le même sucre dissous dans une tasse de thé
(c) Article 1, un échantillon de 100 ml d'eau pure et un 100-mathrm$ échantillon d'alcool pur, ou article 2 , les mêmes échantillons d'eau et d'alcool après avoir été versés ensemble et agités

Problème 24

Pour chaque paire d'éléments, prédisez lequel a l'entropie la plus élevée et expliquez pourquoi.
(a) Item 1, un échantillon de silicium pur (à utiliser dans une puce informatique), ou item 2 , un morceau de silicium ayant la même masse mais contenant une trace d'un autre élément, tel que $mathrm$ ou $mathrm

$
(b) Article $1,$ un glaçon à ^ mathrm,$ ou item $2,$ la même masse d'eau liquide à < >^ mathrm$
(c) Item 1, un échantillon de $mathrm pur_<2>$ solide à température ambiante, ou article $2,$ la même masse de vapeur d'iode à température ambiante

Problème 25

En comparant les formules ou les états pour chaque paire de substances, prédisez laquelle a l'entropie la plus élevée par mole à la même température et expliquez pourquoi.
(a) $mathrm(mathrm)$ ou $mathrm(mathrm)$
(b) $mathrm_<2>(mathrm<

Problème 26

Dans chaque paire de substances, sélectionnez celle ayant la plus grande entropie molaire standard à 25 $^ mathrm$. Donne des raisons pour ton choix.
(a) $mathrm(mathrm)$ ou $mathrm(ell)$
(b) $mathrm_<3>(mathrm<

Problème 27

Sans faire de calcul, prédisez si le changement d'entropie est positif ou négatif lorsque chaque réaction se produit dans le sens où elle est écrite.
(a) $mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_<6>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<3>(mathrm<

s>) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

Problème 28

Sans faire de calcul, prédisez si le changement d'entropie est positif ou négatif lorsque chaque réaction se produit dans le sens où elle est écrite.
(a) $mathrm_ <3>mathrm(ell) longrightarrow mathrm(mathrm)+2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)$
(c) $mathrm_ <3>mathrm_<8>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

Problème 29

Sans consulter une table d'entropies molaires standard, prédire si $Delta_> S_< exte >^$ est positif ou négatif pour chacune de ces réactions.
(a) $2 mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_ <2>mathrm(ell)$
(c) $2 mathrm_<3>(mathrm<

g>) longrightarrow 3 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 30

Sans consulter un tableau des entropies molaires standard, prédire si $Delta_ <1>S_< ext >^$ est positif ou négatif pour chacune de ces réactions.
(a) $2 mathrm_<3>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)$
(c) $mathrm_<2>(mathrm<

s>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)$

Problème 31

Calculer le changement d'entropie, $Delta_> S^,$ pour la vaporisation d'éthanol, $mathrm_ <2>mathrm_ <5>mathrm,$ au point d'ébullition de $78,3< >^ mathrm$. La chaleur de vaporisation de l'alcool est de 39,3 $ mathrm<

Problème 32

Éther diéthylique, $left(mathrm_ <2>mathrm_<5> ight)_ <2>mathrm,$ était autrefois utilisé comme anesthésique. Calculer le changement d'entropie, $Delta_> S^,$ pour la vaporisation de l'éther si sa chaleur de vaporisation est de 26,0 $ mathrm<

kJ> / mathrm$ au point d'ébullition de 35,0 $^ mathrm$.

Problème 33

Calculer $Delta_> S^$ pour chaque substance lorsque la quantité d'énergie thermique indiquée est transférée de manière réversible au système à la température spécifiée. Supposons que vous ayez suffisamment de chaque substance pour que sa température reste constante pendant que l'énergie thermique est transférée.
(a) $mathrm_<2>(mathrm<

K>$
(b) $mathrm(mathrm), 500 . mathrm / mathrm, 500 . mathrm$
(c) $mathrm_<2>(mathrm<

Problème 34

Calculer $Delta_> S^$ pour chacune de ces substances lorsque la quantité d'énergie thermique indiquée est transférée de manière réversible au système à la température spécifiée. Supposons que vous ayez suffisamment de chaque substance pour que sa température reste constante pendant que l'énergie thermique est transférée.
(a) $mathrm(mathrm), 5.00 mathrm<

kJ> / mathrm, 500 . mathrm$
(b) $mathrm_ <2>mathrm(mathrm), 0,30 mathrm<

Problème 35

Vérifiez vos prédictions à la question 27 en calculant le changement d'entropie pour chaque réaction. Les entropies standard qui ne figurent pas dans le tableau 16.1 peuvent être trouvées dans l'annexe $mathrm$

Problème 36

Vérifiez vos prédictions à la question 27 en calculant le changement d'entropie pour chaque réaction. Les entropies standard qui ne figurent pas dans le tableau 16.1 peuvent être trouvées dans l'annexe $mathrm$

Problème 37

Vérifiez vos prédictions à la question 29 en calculant le changement d'entropie pour chaque réaction. Les entropies standard qui ne figurent pas dans le tableau 16.1 peuvent être trouvées dans l'annexe $mathrm$.

Problème 38

Vérifiez vos prédictions à la question 30 en calculant le changement d'entropie pour chaque réaction. Les entropies standard qui ne figurent pas dans le tableau 16.1 peuvent être trouvées dans l'annexe $mathrm$.

Problème 39

g>)+mathrm_ <2>mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_ <5>mathrm(aune)
$
Pouvez-vous dire à partir du résultat de ce calcul si cette réaction est favorisée par le produit ? Si vous ne pouvez pas le dire, de quelles informations supplémentaires avez-vous besoin ? Obtenez les informations nécessaires et déterminez si la réaction est favorisée par le produit.

Problème 40

g>) longrightarrow mathrm_ <6>mathrm_<14>(ell)
$
Pouvez-vous dire à partir du résultat de ce calcul si cette réaction est favorisée par le produit ? Si vous ne pouvez pas le dire, de quelles informations supplémentaires avez-vous besoin ? Obtenez les informations nécessaires et déterminez si la réaction est favorisée par le produit.

Problème 41

Cette réaction devrait-elle favoriser les produits à basse température, à haute température ou les deux ? Expliquez brièvement votre réponse.
$mathrm(mathrm)+frac<1> <2>mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm(mathrm) quad Delta_> H^=-601.70 mathrm<

Problème 42

Cette réaction devrait-elle favoriser les produits à basse température, à haute température ou les deux ? Expliquez brièvement votre réponse.
$mathrm_<3>(mathrm<

s>) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

Problème 43

Expliquez brièvement pourquoi la combustion exothermique du propane est favorisée par le produit.
$
mathrm_ <3>mathrm_<8>(mathrm<

g>) longrightarrow 3 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 44

Expliquez brièvement pourquoi la réaction exothermique d'un carbonate métallique avec un acide est favorisée par le produit.
$mathrm_<3>(mathrm<

Problème 45

Le sodium réagit violemment avec l'eau selon l'équation
$
mathrm(mathrm)+mathrm_ <2>mathrm(ell) longrightarrow mathrm(mathrm)+frac<1> <2>mathrm_<2>(mathrm<

g>)
$
(a) Prédisez les signes de $Delta_ <1>H^$ et $Delta_ <1>S^$ pour la réaction.
(b) Vérifiez vos prédictions avec des calculs.

Problème 46

Une fois enflammé, le magnésium réagit vigoureusement avec l'oxygène de l'air selon l'équation
$
2 mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)
$
(a) Prédire les signes de $Delta_> H^$ et $Delta_> S^$ pour la réaction.
(b) Vérifiez vos prédictions avec des calculs.

Problème 47

L'hydrogène brûle dans l'air avec un transfert de chaleur considérable vers l'environnement. Considérez la décomposition de l'eau en hydrogène et oxygène gazeux. Sans faire aucun calcul, et en basant votre prédiction sur le changement d'enthalpie et le changement d'entropie, ce produit de réaction est-il favorisé à 25 $^ mathrm ?$ Expliquez brièvement votre réponse.

Problème 48

L'hydrogène gazeux se combine avec le chlore gazeux dans une réaction exothermique pour former $mathrm(mathrm)$. Considérez la décomposition du chlorure d'hydrogène gazeux en hydrogène et chlore. Sans faire de calculs, et en basant votre prédiction sur le changement d'enthalpie et le changement d'entropie, ce produit de réaction est-il favorisé à 25 $^ mathrm$ ? Expliquez brièvement votre réponse.

Problème 49

Pour chaque réaction, calculez $Delta_> H^$ et $Delta_> S^$ et prédire si la réaction est toujours favorisée par le produit, favorisée par le produit uniquement à basse température, favorisée par le produit uniquement à haute température, ou jamais favorisée par le produit.
(a) $mathrm_ <2>mathrm_<3>(mathrm<

s>)+2 mathrm(mathrm) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)+mathrm_ <2>mathrm_<3>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 50

Pour chaque réaction, calculez $Delta_> H^$ et $Delta_> S^$ et prédire si la réaction est toujours favorisée par le produit, favorisée par le produit uniquement à basse température, favorisée par le produit uniquement à haute température, ou jamais favorisée par le produit.
(a) $mathrm_ <6>mathrm_ <12>mathrm_<6>(mathrm<

g>) longrightarrow 6 mathrm_<2>(mathrm<

g>)+6 mathrm_ <2>mathrm(ell)$
(b) $mathrm(mathrm)+mathrm(mathrm,$ graphite $) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm(mathrm)$

Problème 51

Déterminer si la combustion de l'éthane, $mathrm_ <2>mathrm_<6>,$ est le produit préféré à 25$^ mathrm$.
$
mathrm_ <2>mathrm_<6>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>)+3 mathrm_ <2>mathrm(aune)
$
(a) Calculer $Delta_> S_< exte >$. Valeurs requises de $Delta_> H^$ et $S^$ sont à l'annexe J.
(b) Vérifiez votre résultat en calculant la valeur de $Delta_> G^$ pour la réaction.
(c) Vos réponses calculées dans les parties (a) et (b) sont-elles en accord avec votre idée préconçue de cette réaction ?

Problème 52

La réaction du magnésium avec l'eau peut être utilisée comme moyen de chauffer les aliments.
$
mathrm(mathrm)+2 mathrm_ <2>mathrm(ell) longrightarrow mathrm(mathrm)_<2>(mathrm<

g>)
$
Déterminer si cette réaction est favorisée par le produit
$
ext < à >25^ mathrm exte < . >
$
(a) Calculer $Delta_> S_< exte >$. Voir l'annexe $mathrm$ pour les données nécessaires.
(b) Vérifiez votre résultat en calculant $Delta_> G^$ pour la réaction.

Problème 53

Utilisez une équation mathématique pour montrer comment l'énoncé conduit à la conclusion citée : Si une réaction est exothermique (négative $Delta_ <1>H$ ) et si l'entropie du système augmente (positive $Delta_ <<>S$ ), puis $Delta_ G$ doit être négatif et la réaction est favorisée par le produit.

Problème 54

Utilisez une équation mathématique pour montrer comment l'énoncé mène à la conclusion citée : Si $Delta_> H$ et $Delta_> S$ ont le même signe, alors la magnitude de $T$ détermine si $Delta_> G$ est négatif et si la réaction est favorisée par le produit.

Problème 55

Prédire si la réaction donnée est favorisée par le produit ou par le réactif en calculant $Delta_> G^$ des changements d'entropie et d'enthalpie pour la réaction à 25 $^ mathrm$.
$mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm(mathrm)+mathrm(mathrm)$
$
Delta_ H^=41.17 mathrm<

kJ> / mathrm quad Delta_ S^=42.08 mathrm<

Problème 56

Prédire si cette réaction est favorisée par le produit à 25 $^ mathrm$ en calculant la variation de l'énergie libre de Gibbs standard à partir des variations d'entropie et d'enthalpie.
$
commencer
mathrm_<2>(mathrm<

g>) & ightleftharpoons 2 mathrm(mathrm) \
Delta_> H^ &=52.96 mathrm<

kJ> / mathrm quad Delta_> S^=21.81 mathrm<

Problème 57

Si cette réaction était favorisée par le produit, ce serait un bon moyen de fabriquer du silicium pur, crucial dans l'industrie des semi-conducteurs, à partir de sable $left(mathrm_<2>droit)$.
$
mathrm_<2>(mathrm<

s>)+mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>)
$
Calculer $Delta_> G^$ à partir des données de l'annexe J et décidez si la réaction est un bon choix pour produire du silicium
$
ext < à >25^ mathrm exte < . >
$

Problème 58

À partir des données de l'annexe J, calculez $Delta_> G^$ pour les réactions du sable avec le fluorure d'hydrogène et le chlorure d'hydrogène. Expliquez pourquoi le fluorure d'hydrogène attaque le verre, contrairement au chlorure d'hydrogène.
$
commencer
mathrm_<2>(mathrm<

s>)+4 mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm_<4>(mathrm<

s>)+4 mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm_<4>(mathrm<

Problème 59

Si un système appartient à la deuxième ou à la troisième catégorie du tableau 16.2(leftarrow$ Sec. $16-5),$, alors il doit y avoir une température à laquelle il passe de la préférence pour les réactifs à celle pour le produit. Pour chaque réaction, obtenez les données de l'annexe $mathrm$ et calculez quelle est cette température.
(a) $mathrm(mathrm)+2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_ <3>mathrm(ell)$
(b) $2 mathrm_ <2>mathrm_<3>(mathrm<

s>)+3 mathrm(mathrm,$ graphite $) ightleftharpoons 4 mathrm(mathrm)+3 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 60

Si un système appartient à la deuxième ou à la troisième catégorie du tableau 16.2(leftarrow$ Sec. $16-5)$, alors il doit y avoir une température à laquelle il passe d'une préférence pour le réactif à une préférence pour le produit. Pour chaque réaction, obtenez les données de l'annexe $mathrm$ et calculez quelle est cette température.
(a) $2 mathrm_ <2>mathrm(mathrm) ightleftharpons 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>)$
(b) $2 mathrm_ <2>mathrm(mathrm) longrightarrow 4 mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

Problème 61

Estimer $Delta_ G^$ à 2000 $ . mathrm$ pour chaque réaction à la question $59 .$

Problème 62

Estimer $Delta_> G^$ à 2000$ . mathrm$ pour chaque réaction à la question $60 .$

Problème 63

De nombreux carbonates métalliques peuvent être décomposés en oxyde métallique et dioxyde de carbone par chauffage.
$
mathrm_<3>(mathrm<

s>) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>)
$
(a) Calculez les changements d'enthalpie, d'entropie et d'énergie libre de Gibbs pour cette réaction à 25,00 $^ mathrm$.
(b) Favorise-t-il les produits ou les réactifs ?
(c) Basé sur les signes de $Delta_> H^$ et $Delta_> S^,$ prédisent si la réaction est favorisée par le produit à toutes les températures.
(d) Prédire la température la plus basse à laquelle des quantités appréciables de produits peuvent être obtenues.

Problème 64

Certains oxydes métalliques, tels que l'oxyde de plomb (II), peuvent être décomposés en métal et en oxygène simplement par chauffage.
$
mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm(mathrm)+frac<1> <2>mathrm_<2>(mathrm<

g>)
$
(a) La décomposition du produit d'oxyde de plomb (II) est-elle favorisée à 25 $^ mathrm ?$ Expliquez.
(b) Sinon, peut-il le devenir si la température est élevée ?
(c) Lorsque la température augmente, à quelle température la réaction devient-elle d'abord favorisée par le produit ?

Problème 65

Utiliser l'expression thermochimique déterminée expérimentalement
$
commencer
mathrm_<2>(mathrm<

s>)+2 mathrm_ <2>mathrm(ell) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_<2>(mathrm<

kJ> / mathrm
finir
$
et les données de l'annexe J pour calculer $Delta_> G^$ pour $mathrm(mathrm)_<2>(mathrm)$ à 25$^ mathrm$. Comparez votre résultat avec la valeur de l'annexe J.

Problème 66

Utiliser l'expression thermochimique
$mathrm_<3>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_<5>(mathrm<

kJ> / mathrm$
et les données de l'annexe $mathrm$ pour calculer $Delta_> G^$ pour $mathrm_<5>(mathrm<

Problème 67

Utiliser les données de l'annexe J pour obtenir la constante d'équilibre $K_>$ pour chaque réaction à 298,15 $ mathrm<

K>$.
(a) $2 mathrm(mathrm) ightleftharpons mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons 2 mathrm(mathrm)$

Problème 68

Utiliser les données de l'annexe $mathrm$ pour obtenir la constante d'équilibre $K_>$ pour chacune de ces réactions à 298 $ mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

Problème 70

Utilisez les données de l'annexe $mathrm$ pour calculer $Delta_> G^$ et $K_>$ à 25$^ mathrm$ pour la réaction
$
2 mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpoons 2 mathrm(mathrm)+mathrm
_<2>(ell)
$
Commentez la connexion entre le signe de $Delta_> G^$ et la magnitude de $K_>$.

Problème 71

Pour chaque réaction, estimez $K^$ à la température indiquée.
(a) $2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons 2 mathrm_ <2>mathrm(mathrm)$ à 800 $ . mathrm$
(b) $2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons 2 mathrm_<3>(mathrm<

g>)$ à 500 $ . mathrm$
(c) $2 mathrm(mathrm) ightleftharpons mathrm_<2>(mathrm<

Problème 72

Pour chaque réaction, estimez $K^$ à la température indiquée.
(a) $mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpoons 2 mathrm(mathrm)$ à 500 $ . mathrm$
(b) $mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpoons 2 mathrm_<3>(mathrm<

g>)$ à 400 $ . mathrm$
(c) $mathrm(mathrm)+3 mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_<4>(mathrm<

g>)+mathrm_ <2>mathrm(mathrm)$ à 800 $ . mathrm$

Problème 73

Pour chaque réaction, une constante d'équilibre à 298 $ mathrm<

g>) ightleftharpoons 2 mathrm(mathrm) & K_>=4.4 x 10^ <18>
ext < (b) >mathrm_ <2>mathrm(ell) ightleftharpons mathrm_ <2>mathrm(mathrm) & K_>=3.17 x 10^ <-2>
ext <(c) >mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpoons 2 mathrm_<3>(mathrm<

Problème 74

Pour chaque réaction, une constante d'équilibre à 298 $ mathrm<

K>$ est donné. Calculer $Delta_> G^$ pour chaque réaction.
(a) $frac<1> <8>mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons 2 mathrm_ <2>mathrm(mathrm)$
(c) $mathrm_<4>(mathrm<

g>)+mathrm_ <2>mathrm(mathrm) ightleftharpons mathrm(mathrm)+3 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 75

Laquelle de ces réactions est capable d'être exploitée pour faire un travail utile à 298 $ mathrm<

K>$ et 1 barre ? Lesquelles nécessitent que des travaux soient effectués pour les faire se produire ?
(a) $2 mathrm_ <6>mathrm_<6>(ell)+15 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 12 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_<2>(mathrm<

s>) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

Problème 76

Laquelle de ces réactions est capable d'être exploitée pour faire un travail utile à 298 $ mathrm<

K>$ et 1 barre ? Lesquelles nécessitent que des travaux soient effectués pour les faire se produire ?
(a) $mathrm_ <2>mathrm_<3>(mathrm<

s>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)+frac<3> <2>mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

Problème 77

Pour chacune des réactions de la question 75 nécessitant des travaux, calculez la masse minimale de graphite qu'il faudrait oxyder à $mathrm_<2>(mathrm<

g>)$ pour fournir les travaux nécessaires.

Problème 78

Pour chacune des réactions de la question 76 qui nécessitent un travail, calculez la masse minimale d'hydrogène gazeux qui devrait être brûlée pour former de la vapeur d'eau afin de fournir le travail nécessaire.

Problème 79

Pour obtenir un métal à partir de son minerai, la décomposition de l'oxyde métallique pour former le métal et l'oxygène est souvent couplée à l'oxydation du coke (carbone) en monoxyde de carbone. Pour chaque oxyde métallique répertorié, écrivez une équation équilibrée pour la décomposition de l'oxyde et pour la réaction globale lorsque la décomposition est couplée à l'oxydation du coke en monoxyde de carbone. Calculer la valeur globale de $Delta_> G^$ pour chaque réaction couplée à $25^ mathrm$. Lequel des métaux pourrait être obtenu à partir de ces minerais à 25 $^ mathrm$ par cette méthode ?
(a) $mathrm(mathrm)$
(b) $mathrm_ <2>mathrm(mathrm)$
(c) $mathrm(mathrm)$
(d) $mathrm(mathrm)$
(e) $mathrm(mathrm)$

Problème 80

À partir duquel des oxydes métalliques de la question 79 le métal pourrait-il être obtenu en couplant la réduction de l'oxyde avec l'oxydation du coke en monoxyde de carbone à 800 $< >^ mathrm ?$

Problème 81

À partir duquel des oxydes métalliques de la question 79 le métal pourrait-il être obtenu en couplant la réduction de l'oxyde avec l'oxydation du coke en monoxyde de carbone à 1500 $^ mathrm ?$

Problème 82

La structure moléculaire illustrée est celle d'une forme de glucose, $mathrm_ <6>mathrm_ <12>mathrm_<6>$
Le glucose peut être oxydé en dioxyde de carbone et en eau
selon l'équation
$
mathrm_ <6>mathrm_ <12>mathrm_<6>(mathrm<

g>) longrightarrow 6 mathrm_<2>(mathrm<

Problème 83

Une autre étape du métabolisme du glucose, qui se produit après la formation du glucose 6 -phosphate, est la conversion du fructose 6 -phosphate en fructose 1,6 -bisphosphate ("bis" signifie deux):
$
commencer
ext < Fructose >6 ext < -phosphate >(mathrm)+mathrm_ <2>mathrm_<4>^<->(mathrm) & longrightarrow
& ext < fructose >1,6 ext < -bisphosphate(aq) >+mathrm_ <2>mathrm(ell)+mathrm^<+>( exte )
finir
$
(a) Cette réaction a un changement d'énergie libre de Gibbs de 16,7 mathrm<

kJ> / mathrm$ de fructose 6 -phosphate. Est-ce endergonique ou exergonique ?
(b) Écrivez l'équation pour la formation de $1 mathrm<

mol>$ ADP de ATP, pour lequel $Delta_> G^=-30.5 mathrm<

kJ> / mathrm$
(c) Couplez ces deux réactions pour obtenir un processus exergonique, écrivez son équation chimique globale et calculez le changement d'énergie libre de Gibbs.

Problème 84

Dans les cellules musculaires sous condition d'exercice vigoureux, le glucose est converti en acide lactique ("lactate"), $mathrm_ <3>mathrm,$ par la réaction chimique
$mathrm_ <6>mathrm_ <12>mathrm_ <6>longrightarrow 2 mathrm_ <3>mathrm quad Delta_> G^=-197 mathrm<

kJ> / mathrm$
(a) Si toute l'énergie libre de Gibbs de cette réaction était utilisée pour convertir l'ADP en ATP, calculez combien de moles d'ATP pourraient être produites par mole de glucose.
(b) La réaction réelle implique la production de $3 mathrm<

mol>$ ATP par mole de glucose. Calculer le $Delta_> G^$ pour cette réaction globale.
(c) La réaction globale de la partie (b) est-elle favorisée par le réactif ou par le produit ?

Problème 85

L'oxydation biologique de l'éthanol, $mathrm_ <2>mathrm_ <5>mathrm,$ est également une source d'énergie gratuite de Gibbs.
(a) L'oxydation de $1 mathrm<

g>$ l'éthanol donne plus ou moins d'énergie que l'oxydation de $1 mathrm<

g>$ glucose ? (Conseil : Écrivez l'équation équilibrée pour la production de dioxyde de carbone et d'eau à partir d'éthanol et d'oxygène, et utilisez l'annexe J.)
(b) Commentez les problèmes potentiels liés au remplacement du glucose par de l'éthanol dans votre alimentation.

Problème 86

Quelles sont les ressources que la société humaine utilise pour fournir de l'énergie gratuite à Gibbs ?

Problème 87

Pendant une journée, gardez un journal de toutes les activités que vous entreprenez et qui consomment de l'énergie gratuite de Gibbs. Faites la distinction entre l'énergie libre de Gibbs fournie par le métabolisme des nutriments et celle fournie par d'autres ressources énergétiques.

Problème 88

Des milliards de livres d'acide acétique sont produites chaque année, en grande partie par la réaction du méthanol avec le monoxyde de carbone. (En supposant que $T=298 mathrm<

K>$.)
$
mathrm_ <3>mathrm(ell)+mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm_ <3>mathrm(aune)
$
(a) En calculant le changement d'énergie libre standard de Gibbs, $Delta_> G^,$ pour cette réaction, montrer qu'elle est favorisée par le produit.
(b) Déterminer le changement d'énergie libre de Gibbs standard, $Delta_> G^,$ pour la réaction de l'acide acétique avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone gazeux et de l'eau liquide.
(c) Sur la base de ce résultat, l'acide acétique est-il thermodynamiquement stable par rapport à $mathrm_<2>(mathrm<

g>)$ et $mathrm_ <2>mathrm(ell)$ ?
(d) L'acide acétique est-il cinétiquement stable par rapport à $mathrm_<2>(mathrm<

Problème 89

L'éthylène réagit avec l'hydrogène pour produire de l'éthane.
$
mathrm_ <2>mathrm=mathrm_<2>(mathrm<

g>) ightleftharpons mathrm_ <3>mathrm-mathrm_<3>(mathrm<

g>)
$
(a) À l'aide des données de l'annexe $J,$, calculez $Delta_> G^$ pour la réaction à 25$^ mathrm$. Le produit de réaction est-il favorisé dans des conditions standard ?
(b) Calculer $K_>$ à partir de $Delta_> G^ .$ Commentaire sur la connexion entre le signe de $Delta_> G^$ et la magnitude de $K_>$.

Problème 89

Déterminer le changement d'énergie libre de Gibbs standard, $Delta_> G^,$ pour les réactions du méthanol liquide, de $mathrm(mathrm),$ et d'éthyne, $mathrm_ <2>mathrm_<2>(mathrm<

g>)$, avec de l'oxygène gazeux pour former du dioxyde de carbone gazeux et (si de l'hydrogène est présent) de l'eau liquide à 298 $ mathrm<

K>$. Utilisez vos calculs pour décider lesquelles de ces substances sont cinétiquement stables et lesquelles sont thermodynamiquement stables : $mathrm_ <3>mathrm(ell), mathrm(mathrm), mathrm_ <2>mathrm_<2>(mathrm<

Problème 90

Il existe des millions de composés organiques connus, et de nouveaux sont découverts ou fabriqués à un rythme de plus de 100 000 composés par an. Les composés organiques brûlent facilement dans l'air à haute température pour former du dioxyde de carbone et de l'eau. Plusieurs classes de composés organiques sont répertoriées, avec un exemple simple de chacune. Ecrire une équation chimique équilibrée pour la combustion en $mathrm_<2>$ de chacun de ces composés, puis utilisez les données de l'annexe $mathrm$ pour montrer que chaque réaction est favorisée par le produit à température ambiante.
$
commencer
&commencer
hline ext < Classe d'organiques >& ext < Exemple simple >
hline ext < Hydrocarbures aliphatiques >& ext < Méthane, >mathrm_ <4>\
ext < Hydrocarbures aromatiques >& ext < Benzène, >mathrm_ <6>mathrm_ <6>\
ext < Alcools >& ext < Méthanol, >mathrm_ <3>mathrm \
hline
finir\
& ext < Les questions posées sont répondues dans l'annexe >M
finir
$
A partir de ces résultats, il est raisonnable d'émettre l'hypothèse que les composés organiques $a l l$ sont thermodynamiquement instables dans une atmosphère d'oxygène (c'est-à-dire leur réaction à température ambiante avec $mathrm_<2>(mathrm<

g>)$ et $mathrm_ <2>mathrm(ell)$ est favorisé par le produit). Si cette hypothèse est vraie, comment des composés organiques peuvent-ils exister sur Terre ?

Problème 91

En fait, le carbone dans $mathrm_<2>(mathrm<

g>)$ est thermodynamiquement instable par rapport au carbone dans le carbonate de calcium (calcaire). Vérifiez cela en déterminant le changement d'énergie libre standard de Gibbs pour la réaction de la chaux, $mathrm(mathrm),$ avec $mathrm_<2>(mathrm<

Problème 92

L'entropie molaire standard de la vapeur de méthanol, $mathrm_ <3>mathrm(mathrm),$ vaut 239,8 $ mathrm<

mol>^<-1>$
(a) Calculer le changement d'entropie pour la vaporisation de $1 mathrm<

mol>$ méthanol (utiliser les données du tableau 16.1 ou de l'annexe J).
(b) Calculer l'enthalpie de vaporisation du méthanol, en supposant que $Delta_ S^$ ne dépend pas de la température et en prenant le point d'ébullition du méthanol à $64.6^ mathrm$.

Problème 93

L'entropie molaire standard de la vapeur d'iode, $mathrm_<2>(mathrm<

mol>^<-1>$ et l'enthalpie molaire standard de formation est de 62,4 $ mathrm<

kJ> / mathrm$.
(a) Calculer le changement d'entropie pour la vaporisation de $1 mathrm<

mol>$ d'iode solide (utiliser les données du tableau 16.1 ou de l'annexe $J$ ).
(b) Calculer le changement d'enthalpie pour la sublimation de l'iode.
(c) En supposant que $Delta_ S^$ ne change pas avec la température, estimez la température à laquelle l'iode se sublimerait (passerait directement du solide au gaz).

Problème 94

Ce problème vous aidera à comprendre la dépendance de l'économie américaine vis-à-vis de l'énergie. Référez-vous aux données de consommation d'énergie pour la question 94 et utilisez Internet pour convertir des quads (quadrillion Btu) en joules. Calculer les ressources énergétiques (J) utilisées par les industries des produits du pétrole et du charbon
(a) en un an.
(b) en une journée.
(c) en une seconde.

Problème 95

Supposons que vous ayez signé un contrat pour fournir aux industries des produits du pétrole et du charbon l'énergie qu'elles consomment chaque année (voir Question 94 ) en mangeant du glucose et en leur donnant l'énergie résultant de son oxydation dans votre corps.
(a) Calculez la quantité de glucose que vous auriez à manger chaque jour pour respecter votre contrat. Supposons que c'est le travail de quelqu'un d'autre de trouver comment acheminer l'énergie stockée dans votre ATP aux industries !
(b) Un sprinteur olympique utilise de l'énergie à un taux de 700 à 900 watts dans un sprint. Comparez ce chiffre avec celui que vous avez calculé dans la partie (a) et tirez des conclusions sur la faisabilité de l'exécution de votre contrat.

Problème 96

Le tableau de données pour les questions 96 et 97 fournit des données à 25 $^ mathrm$ pour cinq réactions. Pour laquelle (le cas échéant) des réactions 1 à 5 est
(a) $K_>$ supérieur à $K_>$ ?
(b) le produit de réaction favorisé?
(c) il n'y a qu'une seule concentration dans le $K_>$ expression ?
(d) y a-t-il une augmentation des concentrations de produits lorsque la température augmente?
(e) il y a un changement dans le signe de $Delta_ G^$ si l'eau est liquide au lieu d'être gazeuse ?

Problème 97

Le tableau de données pour les questions 96 et 97 fournit des données à 25 $^ mathrm$ pour cinq réactions. Pour laquelle (le cas échéant) des réactions 1 à 5 est
(a) $K_>$ inférieur à $K_>$ ?
(b) y a-t-il une diminution des concentrations de produits lorsque la pression augmente ?
(c) la valeur de $Delta_ S^$ positif ?
(d) le signe de $Delta_ G^$ dépendant de la température ?

Problème 98

Le mercure est un poison et sa vapeur est facilement absorbée par les poumons. Par conséquent, il est important que la pression partielle de mercure soit maintenue aussi basse que possible dans toute zone où des personnes pourraient y être exposées (comme un cabinet de dentiste). La réaction d'équilibre pertinente est
$
om de l'opérateur(ell) ightleftharpons mathrm(mathrm)
$
Pour $mathrm(mathrm), Delta_> H^=61.4 mathrm<

kJ> / mathrm$. Utiliser les données de l'annexe $mathrm$ et ces valeurs pour évaluer la pression de vapeur du mercure à différentes températures. (Rappelez-vous que les concentrations de liquides et de solides purs n'apparaissent pas dans l'expression constante d'équilibre, et pour les gaz $K^$ implique des pressions en bars.)
(a) Calculer $Delta_> G^$ pour la vaporisation du mercure à 25$^ mathrm$.
(b) Écrivez l'expression de la constante d'équilibre pour la vaporisation du mercure.
(c) Calculez $K^$ pour cette réaction à $25^ mathrm$.
(d) Déterminer la pression de vapeur du mercure à 25 $^ mathrm$.
(e) Estimer la température à laquelle la pression de vapeur du mercure atteint 10 $ mathrm$.


Réactions réversibles

Quelques réactions évidemment sommes réversible et on peut les pousser dans un sens ou dans l'autre en changeant les conditions comme la température. A température ambiante (environ 298 K), l'oxyde de calcium va réagir avec le dioxyde de carbone (dans l'air, par exemple) pour former du carbonate de calcium. L'oxyde de calcium est utilisé dans les tubes d'absorption pour protéger d'autres produits chimiques du CO2 dans l'air.

Cependant, au-dessus d'environ 1200 K, la réaction inverse se produit, le carbonate de calcium se décompose pour former de l'oxyde de calcium et dégage du dioxyde de carbone. C'est ce qui se passe dans les fours à chaux où le calcaire (carbonate de calcium) est chauffé pour former de la chaux (oxyde de calcium).

Il serait donc plus logique d'écrire

Notez que cette inversion de la réaction n'a rien à voir avec le fait que l'augmentation de la température accélère les réactions. Ici, la température a changé le direction de la réaction, pas seulement sa vitesse.

Le calcaire était autrefois chauffé dans des fours comme celui-ci pour le transformer en chaux

La réponse est le hasard !

Un peu de réflexion nous mènera à une réponse surprenante à notre question initiale &ndash &lsquo pourquoi des réactions chimiques particulières se produisent-elles ?&rsquo. C'est que le résultat des réactions chimiques est gouverné par le seul hasard. Cette a être le cas parce que les produits chimiques ne peuvent pas « savoir » quel devrait être le résultat d'une réaction ;3 , tandis qu'à une autre température, ils devraient être disposés en CaO et en CO2. Les atomes, les molécules et les ions s'organisent de la manière la plus probable par hasard seul.

Au départ, cela peut sembler improbable et les résultats des réactions chimiques sont totalement prévisibles, comment peuvent-ils être motivés par le seul hasard ? Magnésium toujours réagit avec l'acide chlorhydrique pour produire de l'hydrogène gazeux et du chlorure de magnésium en quantités tout à fait prévisibles - cela ne semble en aucun cas être dû au hasard.

Cependant, les statistiques nous disent que les événements régis par le hasard sommes prévisible s'il y en a assez. On ne peut pas prédire l'issue d'un Célibataire lancer un dé, mais si nous le lançons très souvent, nous pouvons prédire avec une grande confiance qu'il y aura un nombre égal d'occurrences de chaque nombre. De très grands nombres sont la clé et, bien sûr, dans les systèmes chimiques, nous avons toujours affaire à de grands nombres et généralement dans une expérience scolaire, nous pourrions avoir affaire à des quantités contenant jusqu'à une mole d'atomes ou de molécules. Une taupe est 6 x 10 23 particules et un nombre inimaginablement grand. Industriellement, les réactions utilisent beaucoup plus que cela.

Nous pouvons utiliser une simulation informatique pour étudier le comportement aléatoire. Au départ, nous utiliserons un système simple qui n'est même pas une réaction chimique. Nous regardons comment les objets s'arrangent s'ils basculent au hasard entre deux cases. La simulation nous permet de voir ce qui se passe avec différents nombres d'objets et différentes positions de départ. Ceci est analogue à la situation de deux pots de gaz séparés par une lamelle. L'un contient un gaz et l'autre un vide. Que se passe-t-il lorsque la partition est supprimée et pourquoi ?

Avant de faire cette simulation, les enseignants pourraient vouloir faire une démonstration plus concrète de l'inévitabilité du mélange en secouant un nombre similaire de billes de deux couleurs différentes (disons une douzaine de chaque) dans un grand cylindre gradué (de préférence en plastique pour éviter le risque de casse). Commencez par toutes les billes d'une même couleur en haut. Arrive-t-il jamais qu'après avoir secoué, toutes les billes d'une même couleur se retrouvent en haut ?

Cela montre que si la simulation est exécutée assez longtemps, le nombre d'objets dans chaque boîte (comme indiqué par les histogrammes) devient égal (avec de petits écarts statistiques). Ça arrive tous moment où la simulation est exécutée et se produit uniquement par hasard. On a donc un résultat tout à fait prévisible par hasard seul. En d'autres termes le hasard mène à la prévisibilité. Plus il y a de molécules dans la simulation, moins les variations statistiques sont significatives. Avec le grand nombre de particules dans toute situation chimique réelle, ces variations deviennent totalement insignifiantes.

Noter. Il est important de réaliser que dans le cas de molécules réelles dans un réservoir à gaz, les molécules ne sont pas "aspirées" dans le vide du bocal vide. Ils se déplacent au hasard, et s'il leur arrive de se diriger vers le bocal vide, ils y arriveront. Une fois là-bas, une collision avec les parois du pot ou d'autres particules peut les renvoyer.

Le résultat de la simulation est, bien sûr, cohérent avec ce qui se passe dans la vie réelle. Si nous enlevons la lamelle entre un pot de gaz plein et un pot vide, nous savons avec une certitude absolue qu'un gaz se répandra uniformément entre deux pots. Le point important à réaliser est que cela se produit par hasard seul et non parce que les molécules de gaz « savent » où elles devraient être. Il est également important de réaliser que bien que le nombre de molécules dans chaque bocal reste constant, ce ne sont pas les mêmes molécules. Il y a un mouvement continu des molécules d'avant en arrière, mais la vitesse de mouvement de gauche à droite est exactement la même de droite à gauche. Nous appelons cette situation une Équilibre dynamique.

Une autre simulation vous permet d'examiner la probabilité d'arrangements différents d'objets entre deux boîtes avec des nombres de particules différents. Par exemple pour 100 particules, un arrangement de 1 particule dans la case de gauche et 99 sur la droite est très improbable alors que des arrangements de 50 : 50 et d'autres proches comme 49 51 sont très probables. C'est parce qu'il existe de nombreuses autres façons de procéder à ces distributions. La raison pour laquelle les particules se répartissent uniformément entre les deux boîtes est qu'il y a plus d'arrangements de particules entre les boîtes qui correspondent au mélange que ceux qui correspondent à la séparation. Nous disons que les arrangements all&ndashin&ndashone&ndashbox sont plus ordonnés (moins aléatoires) que ceux uniformément&ndashspaced&ndashout.

Pour seulement deux particules, A et B, les dispositions du tableau 1 sont possibles. Cela conduit à trois &lsquostats&rsquo observables possibles du système &ndash nous ne pouvons pas distinguer les deux arrangements 1/1 car les particules sont identiques.

Dispositions État Nombre d'arrangements qui conduisent à cet état
Encadré 1 Encadré 2
A et B rien 2/0 1
Un seul B uniquement 1/1 2
B uniquement Un seul 1/1
rien B et A 0/2 1

Tableau 1 Les arrangements possibles de deux particules entre deux boîtes

Un mélange 1/1 peut être obtenu de deux manières et il existe deux dispositions qui conduisent à cet état. C'est deux fois plus probable que l'un ou l'autre des états "non mixtes" qui n'ont chacun qu'un seul arrangement. Il y a un total de quatre arrangements.

Pour trois particules, A, B et C, les dispositions du tableau 2 sont possibles, conduisant à quatre états observables.

Dispositions État Nombre d'arrangements qui conduisent à cet état
Encadré 1 Encadré 2
A, B, C rien 3/0 1
UN B C seulement 2/1 3
AVANT JC Un seul 2/1
CALIFORNIE B uniquement 2/1
Un seul AVANT JC 1/2 3
B uniquement CALIFORNIE 1/2
C seulement UN B 1/2
rien A, B, C 0/3 1

Tableau 2 Les arrangements possibles de quatre particules entre deux boîtes

On peut demander aux élèves de faire un tableau similaire pour quatre particules dans deux cases et il y a un total de 16 (2 4 ) arrangements et cinq états observables. En général, il existe des arrangements x y où x = nombre de boîtes et y = nombre de particules.

Avec six particules, il n'y a encore qu'une seule façon d'avoir toutes les particules dans la case A mais 20 façons d'en disposer trois dans la case A et 3 dans la case B.

Remarquez comment les états avec plus de mélange sont plus probables que ceux avec moins parce qu'il y a plus d'arrangements qui y mènent. Nous disons que ces arrangements mixtes sont plus désordonnés ou aléatoires que les arrangements &lsquounmixed&rsquo.


Directionnalité des réactions chimiques# - Biologie

Tous les éléments sont plus stables lorsque leur enveloppe la plus externe est remplie d'électrons selon la règle de l'octet. En effet, il est énergétiquement favorable pour les atomes d'être dans cette configuration et cela les rend stables. Cependant, comme tous les éléments n'ont pas assez d'électrons pour remplir leur enveloppe extérieure, les atomes se forment liaisons chimiques avec d'autres atomes, obtenant ainsi les électrons dont ils ont besoin pour atteindre une configuration électronique stable. Lorsque deux atomes ou plus se lient chimiquement les uns aux autres, la structure chimique résultante est une molécule. La molécule d'eau familière, H2O, se compose de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, qui se lient pour former de l'eau, comme illustré à la figure 1. Les atomes peuvent former des molécules en donnant, en acceptant ou en partageant des électrons pour remplir leur enveloppe externe.

Figure 1. Deux atomes ou plus peuvent se lier les uns aux autres pour former une molécule. Lorsque deux hydrogènes et un oxygène partagent des électrons via des liaisons covalentes, une molécule d'eau se forme.

Réactions chimiques se produisent lorsque deux atomes ou plus se lient pour former des molécules ou lorsque des atomes liés sont séparés. Les substances utilisées au début d'une réaction chimique sont appelées les réactifs (généralement trouvé sur le côté gauche d'une équation chimique), et les substances trouvées à la fin de la réaction sont connues sous le nom de des produits (généralement trouvé sur le côté droit d'une équation chimique). Une flèche est généralement dessinée entre les réactifs et les produits pour indiquer la direction de la réaction chimique, cette direction n'est pas toujours une «voie à sens unique». Pour la création de la molécule d'eau montrée ci-dessus, l'équation chimique serait :

Un exemple de réaction chimique simple est la décomposition de molécules de peroxyde d'hydrogène, dont chacune se compose de deux atomes d'hydrogène liés à deux atomes d'oxygène (H2O2). Le réactif peroxyde d'hydrogène est décomposé en eau, contenant un atome d'oxygène lié à deux atomes d'hydrogène (H2O), et l'oxygène, qui se compose de deux atomes d'oxygène liés (O2). Dans l'équation ci-dessous, la réaction comprend deux molécules de peroxyde d'hydrogène et deux molécules d'eau. Ceci est un exemple de équation chimique équilibrée, dans laquelle le nombre d'atomes de chaque élément est le même de chaque côté de l'équation. Selon la loi de conservation de la matière, le nombre d'atomes avant et après une réaction chimique doit être égal, de sorte qu'aucun atome ne soit, dans des circonstances normales, créé ou détruit.

Même si tous les réactifs et produits de cette réaction sont des molécules (chaque atome reste lié à au moins un autre atome), dans cette réaction, seuls le peroxyde d'hydrogène et l'eau sont représentatifs d'une sous-classe de molécules appelées composés: ils contiennent des atomes de plus d'un type d'élément. L'oxygène moléculaire, d'autre part, comme le montre la figure 2, se compose de deux atomes d'oxygène doublement liés et n'est pas classé comme un composé mais comme un élément.

Figure 2. Les atomes d'oxygène dans un O2 molécule sont liés par une double liaison.

Certaines réactions chimiques, telles que celle illustrée ci-dessus, peuvent se dérouler dans une direction jusqu'à ce que tous les réactifs soient épuisés. Les équations qui décrivent ces réactions contiennent une flèche unidirectionnelle et sont irréversible. Réactions réversibles sont ceux qui peuvent aller dans les deux sens. Dans les réactions réversibles, les réactifs sont transformés en produits, mais lorsque la concentration de produit dépasse un certain seuil (caractéristique de la réaction particulière), certains de ces produits seront reconvertis en réactifs à ce stade, les désignations de produits et de réactifs sont renversé. Ce va-et-vient se poursuit jusqu'à ce qu'un certain équilibre relatif entre les réactifs et les produits se produise - un état appelé équilibre. Ces situations de réactions réversibles sont souvent désignées par une équation chimique avec une double flèche pointant vers les réactifs et les produits.

Par exemple, dans le sang humain, les ions hydrogène en excès (H + ) se lient aux ions bicarbonate (HCO3 – ) formant un état d'équilibre avec l'acide carbonique (H2CO3). Si de l'acide carbonique était ajouté à ce système, une partie serait convertie en bicarbonate et en ions hydrogène.

Dans les réactions biologiques, cependant, l'équilibre est rarement obtenu parce que les concentrations des réactifs ou des produits ou des deux changent constamment, souvent avec un produit d'une réaction étant un réactif pour un autre. Pour reprendre l'exemple de l'excès d'ions hydrogène dans le sang, la formation d'acide carbonique sera le sens majeur de la réaction. Cependant, l'acide carbonique peut également quitter le corps sous forme de gaz carbonique (via l'expiration) au lieu d'être reconverti en ion bicarbonate, entraînant ainsi la réaction vers la droite par la loi chimique connue sous le nom de loi d'action de masse. Ces réactions sont importantes pour maintenir l'homéostasie de notre sang.


Fonctions des réactions exergoniques

Les réactions exergoniques sont utilisées par les êtres vivants pour déplacer l'énergie hors du « stockage » dans une molécule, comme un sucre ou une graisse, et dans une forme active comme l'ATP. Cela se fait en brisant les liaisons chimiques dans le sucre ou la graisse et en transmettant son énergie sous forme d'électrons ou d'une autre monnaie à une nouvelle molécule.

Le processus très efficace de la respiration cellulaire utilise des chaînes de transport d'électrons et d'autres équipements chimiques hautement spécialisés pour créer 38 molécules d'ATP choquantes à partir d'une seule molécule de glucose (bien que six molécules d'ATP soient consommées dans le processus, pour un gain net de 32).

Les organismes moins efficaces peuvent seulement être capables d'exploiter suffisamment d'énergie de la rupture des liaisons glucose pour produire quelques molécules d'ATP - mais cela reste suffisant pour maintenir la vie !


Taux de réaction moyens

Taux de réaction moyen (tauxUNE) - la variation de la concentration en réactif ou en produit sur un intervalle de temps donné.

La vitesse de réaction moyenne de l'équation :

  • [A] représente la concentration de A en mol/L,
  • ∆[A] représente la variation de la concentration de A en mol/L,
  • t représente un intervalle de temps, ou un changement dans le temps.

Puisque la concentration d'un produit augmente avec la progression de la réaction, alors Δ[A] sera positif lorsque A est un produit. Cependant, la concentration d'un réactif diminuera avec le temps, donc Δ[A] sera une quantité négative lorsque A est un réactif.

Par convention, les vitesses de réaction sont toujours exprimées en valeurs positives.

Détermination de la vitesse de réaction moyenne à l'aide de données graphiques

Une façon de déterminer la vitesse moyenne d'une réaction consiste à utiliser des données tracées sur un graphique.

La vitesse moyenne de la réaction entre deux points dans le temps, t1 et T2 , est égal à la pente de la ligne sécante tracée entre les points t1 et T2 sur l'axe des abscisses du graphique :

où ∆y et ∆x sont lus à partir des valeurs sur l'axe des y et l'axe des x, respectivement.

Concentration d'un réactif, A, tracée en fonction du temps.

La vitesse moyenne de disparition du réactif du point t1 au point t2 est la pente de la ligne sécante.

Une ligne sécante est une ligne qui coupe deux points sur une courbe.

La pente d'une ligne est une mesure de la pente de la ligne par rapport à l'axe horizontal.

Étant donné que la vitesse de réaction change avec le temps et que la vitesse peut être différente selon le réactif ou le produit étudié, il est nécessaire d'être très précis lors de la description d'une vitesse pour une réaction chimique.

Taux de réaction instantané

Vitesse de réaction instantanée - la vitesse d'une réaction chimique à un moment donné.

Le taux instantané à tout instant t est égal à la pente de la tangente à la courbe à cet instant précis.

Une tangente est une ligne droite qui touche une courbe en un seul point et ne traverse pas la courbe.

Les vitesses instantanées de réaction sont données par les pentes des tangentes aux moments spécifiques d'intérêt, dans ce cas, t1 et T2.

Pour toute réaction chimique, la vitesse de réaction peut être exprimée en termes de réactif ou de produit, et toutes ces vitesses sont liées par les relations stoechiométriques trouvées dans l'équation chimique équilibrée.

Facteurs affectant les taux de réaction

De nombreux facteurs peuvent affecter la vitesse d'une réaction chimique :

  1. les caractéristiques chimiques et physiques du ou des réactifs,
  2. la concentration du ou des réactifs,
  3. la température à laquelle la réaction a lieu,
  4. la présence d'une substance qui n'est pas directement impliquée dans la réaction elle-même peut modifier la vitesse d'une réaction chimique.

Ø Les biologistes pensent que la vie actuelle est née dans un passé lointain de substance chimiques par 'Évolution biochimique' ou 'Évolution chimique’.

Ø Évolution biochimique : La formation de molécules organiques complexes à partir de molécules inorganiques plus simples par le biais de réactions chimiques dans les océans au début de l'histoire de la Terre.

Ø L'évolution biochimique a été la premier pas dans le développement de la vie sur terre.

Ø La période d'évolution chimique a duré environ un milliard d'années.

Ø Cette théorie est aussi appelée Évolution moléculaire ou Évolution chimique ou Théorie moderne de l'origine de la vie

Ø C'est une nouvelle version de ‘Abiogenèse’.

Ø La théorie de l'origine biochimique de la vie était :

$. Proposé par Oparin & Haldane (1924).

$. Preuves fourni par Urey & Miller (1953).

Ø La théorie explique que :

$. La vie est née de simples inorganique substances.

$. Les substances inorganiques sont transformées en substances organiques.

$. Les substances colloïdales avec ‘la vie’ se sont comportés comme les cellules procaryotes actuelles.

L'origine de la vie sur Terre comprend les processus suivants de manière séquentielle :

(1). Origine de la Terre

(2). Formation d'eau, d'ammoniac et de méthane

(3). Formation de micromolécules

(4). Formation de macromolécules

(5). Formation d'acides nucléiques

(6). Formation de nucléoprotéines

(7). Coacervation

(8). Formation de pré-cellules ou de pro-cellules

(9). Formation cellulaire

(1). Origine de la Terre

Ø L'origine de la planète Terre s'est produite avant l'origine de la vie.

Ø On pense que la terre s'est formée à partir du soleil environ 4,54 milliards il y a des années.

Ø Un morceau de soleil cassé du soleil.

Ø La pièce s'éloigne alors progressivement du soleil.

Ø La pièce cassée était un pare-feu.

Ø Il contient une masse fondue de gaz et de vapeurs de divers éléments.

Ø La température était très élevée (environ 5000 à 6000 o C).

Ø Au fur et à mesure que la terre s'éloigne du soleil, elle se refroidit.

Ø Des éléments plus lourds tels que Ni et Fe occupé au cœur de la terre.

Ø Des éléments plus légers tels que Il, H, O, N et C occupait l'atmosphère de la terre.

Ø La concentration d'oxygène moléculaire (O2) était très inférieur ou absent.

Ø La vie provient principalement d'éléments présents dans l'atmosphère.

Ø Ces éléments ont subi une série de changements progressifs pendant des millions d'années.

Ø Ces changements ont abouti à l'origine de la vie sur terre.

Ø Un tel type d'origine de la vie à partir de substances chimiques est appelé évolution chimique.

Ø Le énergie nécessaires aux réactions chimiques ont été obtenus à partir de la lumière du soleil, de la foudre et des activités volcaniques.

(2). Formation d'eau, d'ammoniac et de méthane

Ø L'atmosphère terrestre primitive contient une grande quantité de H, N, C et peu d'O.

Ø L'hydrogène a réagi avec d'autres atomes pour former une variété de molécules.

$. Hydrogène combiné avec Azote former Ammoniac (NH3).

$. Hydrogène combiné avec Carbone former Méthane (CH4).

$. Hydrogène combiné avec Ol'oxygène pour former Water (H2O).

Ø Au fil des années, l'atmosphère terrestre s'est progressivement refroidie.

Ø Vapeur d'eau dans l'atmosphère condensée en eau liquide.

Ø Cela a abouti à la formation de pluie (précipitation).

Ø Comme la terre était chaude lorsque l'eau de pluie atteint la surface de la terre, elle se réévaporera immédiatement.

Ø Cela produit à nouveau de la pluie au cycle suivant.

Ø Ce processus de réévaporation et de pluie s'est poursuivi pendant de nombreuses années.

Ø Cela a progressivement entraîné le refroidissement de la surface de la terre.

Ø L'eau de pluie s'accumule à la surface de la terre.

Ø Cela a entraîné la formation de rivières, de ruisseaux, de lacs et d'océans.

Ø Des composés comme le méthane, l'ammoniac se dissolvent dans l'eau de pluie.

Ø Ils ont atteint la surface de la terre et se sont accumulés dans l'océan.

Ø Les roches minérales de la surface de la terre ont également été dissoutes dans l'eau.

Ø Cela a entraîné l'accumulation de minéraux dans l'eau de mer.

(3). Formation de micromolécules

Ø Les molécules de moindre taille sont appelées micromolécules.

Ø Les principales micro-molécules nécessaires à la formation de la vie sur terre sont :

Ø Ils sont formés par la combinaison de composés déjà formés (Ammoniac, Méthane etc.) et d'éléments (accumulés dans l'océan).

Ø Leurs combinaisons et réactions nécessitaient un apport énergétique élevé.

Ø L'énergie a été obtenue à partir du soleil, de la foudre et des activités volcaniques.

(4). Formation de macromolécules (condensation ou polymérisation)

Ø Les macro-molécules ont été formées par la combinaison de micro-molécules.

Ø Les macro-molécules importantes de la vie sont :

$. Protéines : Formé par la polymérisation d'acides aminés.

$. Lipides: Formé par la polymérisation d'alcools et d'acides gras.

$. Polysaccharides : Formé par la polymérisation de monosaccharides.

$. Acides nucléiques: Formé par la polymérisation de purines, de pyrimidines et d'acide phosphorique et de sucres

Ø Le processus de combinaison de micro-molécules pour former des macro-molécules est appelé condensation ou polymérisation.

Ø Les protéines pourraient être la première macromolécule formée au cours de l'évolution biochimique.

Ø Les premières protéines formées ont été appelées proto-protéines.

Proto-protéines

Ø Les proto-protéines ont été les premières protéines formées lors de l'origine chimique de la vie sur terre.

Ø Toutes les protéines actuelles ont évolué à partir des « proto-protéines »

Ø Les proto-protéines étaient de petites protéines de 15-20 acides aminés résidus en taille.

Ø Ils peuvent avoir des fonctions primitives.

Ø Au cours du temps, des protéines de plus en plus stables et fonctionnelles sont apparues en ajoutant des éléments structuraux aux proto-protéines.

Ø Ils sont aussi appelés Protéines thermiques.

Ø Le proténoïde est un polypeptide ou un mélange de polypeptides obtenu par chauffer un mélange d'acides aminés.

Ø Ce sont des molécules de type protéine, souvent réticulées.

Ø Ils se sont formés de manière abiotique à partir d'acides aminés.

Ø Selon Sidney W. Fox, les proténoïdes auraient pu être les précurseurs des premières cellules vivantes (proto-cellules).

(5). Formation d'acides nucléiques

Ø Les acides nucléiques ont été formés par la condensation d'acide phosphorique, de sucres, de purine et de pyrimidine.

Ø Premier nucléosides ont été formés.

Ø puis nucléotides ont été formés.

Ø Nucléotides polymérisés pour former des acides nucléiques (ARN et ADN).

Ø L'ARN a été formé en premier, l'ADN a été formé plus tard à partir de l'ARN.

Ø L'ARN était le premier matériel génétique.

Ø Plus tard, l'ARN comme matériel génétique a été remplacé par l'ADN.

Ø L'ADN est plus stable que l'ARN.

Hypothèse du monde de l'ARN

Ø Proposé par Alexander Rich en 1962

Ø La description: Le monde de l'ARN est une étape hypothétique de l'histoire de l'évolution de la vie sur Terre, dans laquelle les molécules d'ARN auto-répliquantes ont proliféré avant l'évolution de l'ADN et des protéines. Comme l'ADN, l'ARN peut stocker et reproduire des informations génétiques telles que des protéines enzymes, les enzymes à ARN (ribozymes) peuvent catalyser (déclencher ou accélérer) des réactions chimiques essentielles à la vie. L'un des composants les plus critiques des cellules, le ribosome, est composé principalement d'ARN.

(6). Formation de nucléoprotéines

Ø Protéines et acides nucléiques combinés pour former nucléoprotéines.

Ø Les nucléoprotéines ont commencé à remplir des fonctions spécifiques.

Ø Des activités de type enzymatique ont été acquises par ces molécules.

Ø Les nucléoprotéines étaient plus stables que l'acide nucléique seul.

(7). Coacervats et coacervation

Ø Mot signifiant : ‘à assembler ensemble

Ø Coacervats: Ce sont des gouttelettes riches en matière organique formées par séparation de phase liquide-liquide, résultant principalement de l'association de molécules de charges opposées (polysaccharides, protéines, macro-ions) ou de protéines hydrophobes.

Ø Coacervation: Phénomène qui produit des gouttelettes colloïdales coacervatées.

Ø Lors de la coacervation, DEUX phases liquides coexisteront.

$. Une phase dense et riche en polymères (phase de coacervat).

$. Une phase très diluée, déficiente en polymère (phase diluée).

Ø Le processus de coacervation a été proposé par Oparin et Haldane

Ø Les macromolécules formées par la polymérisation de micro-molécules ont subi des précipitations dans la mer.

Ø Les précipitations ont entraîné l'agrégation de macro-molécules.

Ø L'agrégation a abouti à la formation de structures organisées.

Ø Ces structures organisées peuvent être appelées Coacervats.

Ø Les coacervats sont des gouttelettes colloïdales distinctes apparues dans la mer.

Ø Des coacervats plus petits fusionnés pour former des coacervats plus grands.

Ø Les coacervats n'ont PAS été mélangés avec l'eau environnante.

Ø Les coacervats contenaient des protéines, des acides nucléiques et d'autres composés organiques et inorganiques.

Ø Le rapport de ces composés dans les coacervats varie fortement.

Ø La surface des coacervats avait la capacité d'absorber sélectivement d'autres substances du milieu (eau de mer).

Ø Selon Oparin, les coacervats se comportaient comme des molécules vivantes.

Ø Il a également suggéré que les coacervats peuvent donner lieu à des structures semblables à des cellules.

Ø Les coacervats étaient aussi appelés microsphères.

Ø Les coacervats ou microsphères présentent les caractéristiques d'une cellule vivante :

$. Ils étaient de taille microscopique

$. Ils étaient stables dans l'eau

$. Avait des frontières à double couche autour d'eux

$. Ils ont subi une fission, un bourgeonnement et une fragmentation

(8). Formation de proto-cellules

Ø La première cellule vivante est appelée Proto-cellules ou Pro-cell ou Proto-biont.

Ø Les proto-cellules ont pris naissance spontanément dans l'eau de mer.

Ø Les proto-cellules étaient de forme sphérique.

Ø Ils avaient une membrane à double couche autour.

Ø Avait la capacité de se reproduire par fission, bourgeonnement ou fragmentation.

Ø Avait la capacité de prendre des matériaux des environs.

Ø Obtenir de l'énergie à partir de la fermentation de substances organiques. Ainsi, les proto-cellules étaient des anaérobies.

(9). Formation de cellules

Ø Les proto-cellules ont donné naissance à des cellules.

Ø Les proto-cellules ont acquis du matériel génétique (ARN ou ADN ou nucléoprotéine).

Ø Très probablement, le matériel génétique peut être de l'ARN.

Ø Ils ressemblaient à des bactéries ou des virus modernes.

Ø L'ARN ou l'ADN a acquis la capacité d'auto-réplication.

Ø Le matériel génétique a commencé à aider à la synthèse des protéines.

Ø Le matériel génétique a acquis une capacité de réplication.

Ø Les premières cellules obtiennent de l'énergie de la fermentation

Ø La fermentation a libéré une grande quantité de CO2 à l'atmosphère

Ø CO2 accumulés dans l'atmosphère.

Ø La fermentation continue a entraîné l'épuisement des ressources.

Ø Cette condition pourrait être responsable du développement de la chlorophylle.

Ø Les chlorophylles ont commencé à capter le CO2 et fixe l'énergie lumineuse.

Ø Photosynthèse produite O2 comme sous-produit.

Ø O2 produite par la photosynthèse est rejetée dans l'atmosphère.

Ø Avec cela, les cellules hétérotrophes ont été transformées en cellules autotrophes.

Ø À l'origine de la vie, l'atmosphère était anaérobie.

Ø L'oxygène moléculaire était très faible ou absent.

Ø Le processus de la vie a progressivement changé la condition anaérobie en aérobie.

Lieu d'origine de la vie sur terre

Ø « La mer est la mère de la vie ».

Ø La majorité des scientifiques pensaient que la vie provenait de l'eau de la mer.

Ø Dans la mer, la vie est née à bouches hydrothermales profondes.

Ø Ce point de vue est étayé par de nombreux faits :

$. La plupart des animaux et des plantes simples et primitifs sont aquatiques

$. Le protoplasme et les fluides corporels contiennent du sel semblable à celui de la mer

$. Les premiers fossiles ont été obtenus des fonds marins

Avez-vous des questions?
S'il vous plaît laissez-moi dans la section commentaires ci-dessous.
Je serai heureux de lire vos commentaires et de répondre.


Une réaction de combustion est un type de réaction redox dans laquelle un matériau combustible se combine avec un oxydant pour former des produits oxydés et générer de la chaleur (réaction exothermique). Habituellement, dans une réaction de combustion, l'oxygène se combine avec un autre composé pour former du dioxyde de carbone et de l'eau. Un exemple de réaction de combustion est la combustion du naphtalène :
C10H8 + 12O2 → 10 CO2 + 4H2O

Dans une réaction d'isomérisation, l'arrangement structurel d'un composé est modifié mais sa composition atomique nette reste la même.


Voir la vidéo: Introduction aux réactions chimiques (Janvier 2022).