Fiche de révision : Chimie du vivant et éléments minéraux

📋 Plan du Cours

1. États et changements de la matière
2. Atomes et structure atomique
3. Isotopes et classification périodique
4. Ions et charges électriques
5. Liaisons covalentes
6. Liaisons ioniques et faibles
7. Molécules du vivant
8. Constituants organiques et minéraux
9. Éléments majeurs du vivant
10. Macroéléments minéraux
11. Oligoéléments et fonctions

📖 1. États et changements de la matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : La plus petite partie indivisible composant la matière et capable d’interagir avec d’autres entités.

★ À maîtriser

• À l’échelle macroscopique, la matière se présente sous trois états:

  • solide, organisé
  • liquide, semi-organisé
  • gazeux, désorganisé

• En augmentant la température, la matière passe: de l’état solide à l’état liquide par fusion, de l’état liquide à l’état gazeux par vaporisation, de l’état solide à l’état gazeux par sublimation

Compléments

• En abaissant la température, la matière passe: de l’état liquide à l’état solide par solidification, de l’état gazeux à l’état solide par déposition, de l’état gazeux à l’état liquide par condensation

💡 Astuce mémo

Solide → liquide → gazeux : fusion, puis vaporisation

📖 2. Atomes et structure atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule : Un assemblage d’atomes dont la complexité dépend du nombre et de la nature des liaisons entre ces atomes.

📝 Points essentiels

📌 Un atome est électriquement neutre lorsque son nombre d’électrons est égal à son nombre de protons.

• Le noyau atomique contient des protons chargés positivement et des neutrons de charge neutre, tandis que les électrons chargés négativement gravitent autour du noyau dans le nuage électronique.

📐 Formule — Pour un atome, le nombre de masse vérifie $A = N + Z$ et le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons.

💡 Astuce mémo

Noyau massif : protons/neutrons ; nuage : électrons

📖 3. Isotopes et classification périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Atomes d’un même élément chimique possédant le même nombre de protons Z mais des nombres de neutrons différents, donc des nombres de masse différents.

★ À maîtriser

• La classification périodique comporte 7 périodes et 18 colonnes, chaque colonne correspondant à une famille d’éléments aux propriétés chimiques voisines.

Compléments

📌 La classification périodique est construite par numéro atomique Z croissant de gauche à droite, et aucun élément ne possède le même numéro atomique qu’un autre.

• Les électrons de la couche électronique la plus externe contribuent aux propriétés chimiques de l’élément, et la première période correspond à une couche pouvant accepter 2 électrons tandis que la deuxième correspond à une couche pouvant en accepter 8.

💡 Astuce mémo

Même Z, neutrons différents : isotopes

📖 4. Ions et charges électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons et qui n’est donc pas électriquement neutre.

★ À maîtriser

📌 Un atome qui gagne des électrons devient un anion négatif, tandis qu’un atome qui perd des électrons devient un cation positif.

• Les éléments des principales colonnes forment:
  • des cations monovalents en première colonne
  • des cations divalents en deuxième colonne
  • des anions en colonne 17

Compléments

📌 Un ion monoatomique contient un seul type d’atome, tandis qu’un ion polyatomique associe différents éléments chimiques.

💡 Astuce mémo

Gain d’électrons → anion ; perte → cation

📖 5. Liaisons covalentes

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : La mise en commun d’au moins deux électrons situés sur les couches électroniques externes des atomes.

★ À maîtriser

📌 Une liaison covalente est polaire lorsque les deux atomes liés sont différents, comme dans O–H, et apolaire lorsqu’ils sont identiques, comme dans H₂ ou O₂.

📌 La force d’une liaison covalente augmente avec le nombre de paires d’électrons partagées selon l’ordre liaison triple > liaison double > liaison simple.

Compléments

• Les liaisons covalentes sont fréquentes dans les composés du corps humain, notamment les glucides et les lipides, ainsi que dans les molécules des médicaments.

💡 Astuce mémo

Triple > double > simple : la force diminue

📖 6. Liaisons ioniques et faibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison ionique : Le transfert total d’un électron d’un atome vers un autre et à l’attraction entre le cation et l’anion formés.
• Liaison hydrogène : Une interaction sans échange ni partage d’électrons entre l’hydrogène d’un groupement –NH ou –OH et un atome d’oxygène ou d’azote.

📝 Points essentiels

• Dans le chlorure de sodium NaCl, le sodium transfère un électron au chlore, formant un cation sodium et un anion chlorure dans un composé globalement neutre.

• 🔄 Lorsqu’un composé ionique est dissous dans l’eau: la liaison ionique se rompt, les ions sodium et chlorure se séparent, les ions sont entourés par des molécules d’eau

💡 Astuce mémo

Dissolution aqueuse → rupture ionique → ions hydratés

📖 7. Molécules du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécules du vivant : Des assemblages d’atomes reliés par des liaisons covalentes et majoritairement constitués de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote.
• Isomères : Des molécules différentes constituées du même jeu d’atomes.

★ À maîtriser

• Dans les molécules du vivant, le carbone établit 4 liaisons covalentes, l’hydrogène 1, l’oxygène 2 et l’azote 3.

Compléments

📌 La chimie organique concerne les molécules contenant des liaisons carbone-hydrogène, tandis que la chimie inorganique concerne les autres molécules.

💡 Astuce mémo

CHON : carbone, hydrogène, oxygène, azote

📖 8. Constituants organiques et minéraux

★ À maîtriser

📌 Les constituants minéraux ne possèdent pas de liaisons C–H et comprennent notamment l’eau et les sels minéraux, tandis que les constituants organiques possèdent des liaisons C–H.

• Les constituants minéraux sont classés en macroéléments présents en quantité importante et en oligoéléments présents en faible quantité mais essentiels.

Compléments

📌 Le maintien des valeurs constantes de l’organisme dépend d’un équilibre entre les entrées de matière par l’alimentation et la respiration et les sorties par la respiration et l’excrétion.

💡 Astuce mémo

Organique : liaisons C–H ; minéral : absence de liaisons C–H

📖 9. Éléments majeurs du vivant

★ À maîtriser

• Le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le phosphore et le calcium représentent 99 % de la totalité des éléments chimiques constitutifs du vivant.

• L’oxygène représente 65 % de la masse corporelle et établit 2 liaisons covalentes.

• Le carbone représente 18 % de la masse corporelle et constitue principalement les molécules organiques du vivant, notamment les glucides et les lipides.

• L’hydrogène représente 9,5 % de la masse corporelle, accompagne le carbone dans les molécules organiques et existe aussi sous forme d’ion H+ dont la concentration détermine le pH des liquides de l’organisme.

Compléments

• L’azote représente 3,2 % de la masse corporelle et se retrouve principalement dans les protéines et les acides nucléiques, où il établit 3 liaisons covalentes.

💡 Astuce mémo

CHON + calcium-phosphore = 99 %

📖 10. Macroéléments minéraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Macroéléments minéraux : Des éléments abondants dans le corps humain, présents en quantité supérieure à 5 g et nécessitant des apports journaliers dépassant 50 mg chez l’adulte.

★ À maîtriser

• Le calcium participe à la constitution des os et des dents, à la contraction musculaire, à la transmission de l’influx nerveux et à la coagulation sanguine ; les besoins sont de 10 mg/kg/jour.

• Le potassium intervient dans le métabolisme, la régulation de la pression artérielle, la conduction nerveuse et la contraction musculaire, avec un besoin quotidien de 2 à 4 g.

• Le sodium participe à l’équilibre hydrique, à la régulation rénale de la pression artérielle et à la contraction musculaire, avec un apport recommandé de 1 à 2 g par jour, tandis qu’un apport supérieur à 4 g par jour est trop élevé.

Compléments

• Le magnésium participe à la contraction musculaire, à la coagulation, à l’activité enzymatique et à la santé des os et des dents, avec un apport de 5 à 7 mg/kg/jour.

📖 11. Oligoéléments et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Oligoéléments : Des éléments minéraux présents en très faible quantité dans le corps humain, environ 1 mg/kg ou moins, mais absolument essentiels.

★ À maîtriser

📌 Un élément minéral est considéré comme un oligoélément indispensable s’il est présent à une concentration régulée, si sa carence provoque des anomalies structurelles et physiologiques et si son apport seul prévient ou guérit ces troubles.

• Les oligoéléments peuvent agir comme: cofacteurs enzymatiques, agents de lutte contre les radicaux libres de l’oxygène, éléments structurants renforçant la solidité des tissus

• Le fer entre dans la composition de l’hémoglobine et de la myoglobine et intervient dans de nombreuses enzymes ; ses besoins sont de 1 mg/jour chez l’homme et de 2 mg/jour chez la femme.

• L’iode permet la synthèse des hormones thyroïdiennes et son apport recommandé est de 150 μg/jour ; sa carence peut provoquer un goitre et une hypothyroïdie.

Compléments

• Le fluor contribue à la composition des dents et des os avec un apport inférieur ou égal à 2 mg, tandis qu’un excès peut provoquer une fluorose.

• Le zinc participe à l’activité de nombreuses enzymes et à la régulation des gènes, avec des besoins de 15 mg/jour chez l’homme adulte et de 12 mg/jour chez la femme adulte.

• Le sélénium est un antioxydant engagé contre les radicaux libres et le stress oxydatif, avec un apport recommandé de 70 μg/jour.

💡 Astuce mémo

Fixation sur une protéine → changement de forme → modification de fonction

📊 Tableaux de synthèse

États et transformations de la matière

Éléments majeurs du vivant