Fiche de révision : Composition du vivant et liaisons

📋 Plan du Cours

1. Composition atomique du vivant
2. Répartition des éléments biologiques
3. Composition moléculaire des cellules
4. Liaisons covalentes et ioniques
5. Interactions électrostatiques et Van der Waals
6. Liaisons hydrogène
7. Énergie des liaisons

📖 1. Composition atomique du vivant

★ À maîtriser

• Tous les éléments constitutifs du vivant sont présents dans la biosphère, mais leurs proportions diffèrent entre la biosphère, les cellules animales et les cellules végétales.

• L’oxygène est l’élément le plus abondant dans la biosphère et dans les cellules animales et végétales ; il participe à la composition de l’eau.

📌 Le vivant est caractérisé par le carbone, associé au monde des molécules organiques, tandis que la croûte terrestre est caractérisée par le silicium, associé au monde des silicates.

Compléments

• Le vivant recense seulement 20 à 25 éléments, avec des variations portant sur quelques atomes rares.

💡 Astuce mémo

Le carbone caractérise le vivant, le silicium la croûte terrestre.

📖 2. Répartition des éléments biologiques

★ À maîtriser

• Les quatre éléments les plus abondants du vivant sont :

  • l’oxygène
  • le carbone
  • l’hydrogène
  • l’azote

• Les sept éléments moyennement abondants sont :

  • le phosphore
  • le soufre
  • le calcium
  • le sodium
  • le potassium
  • le magnésium
  • le chlore

Compléments

• L’unique forme minérale du carbone directement accessible aux êtres vivants est le CO₂ gazeux atmosphérique ou dissous dans l’eau, et seuls les végétaux verts et quelques bactéries photosynthétiques peuvent l’extraire de la biosphère.

📌 Seuls le soufre et le phosphore, parmi les éléments moyennement abondants, sont liés par des liaisons covalentes dans certaines molécules organiques.

• Une quinzaine d’atomes sont présents à l’état de traces, et certains sont indispensables à la vie.

• Le vivant possède une capacité marquée à sélectionner des éléments dans la biosphère.

💡 Astuce mémo

CHON rassemble les quatre éléments abondants.

📖 3. Composition moléculaire des cellules

🔑 Notions clés & Définitions

• Macromolécules : Ou polymères, constitués d’un grand nombre de petites molécules appelées monomères, liées par des liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• L’eau représente la plus grande partie de la masse du vivant, soit 70 à 75 % en général, mais seulement 10 à 15 % dans les cellules de grains de maïs ou de blé.

• Les sels minéraux sont très peu abondants en masse, mais leurs rôles sont très divers et capitaux.

📌 Les petites molécules, de faible masse molaire, représentent une part réduite de la masse des constituants cellulaires, mais elles sont très nombreuses.

📌 Les macromolécules ont des masses molaires élevées, représentent la plus grande partie de la masse organique du vivant et sont moins nombreuses que les petites molécules.

Compléments

• Les molécules organiques représentent 15 à 30 % de la masse du vivant.

💡 Astuce mémo

Les petites molécules sont nombreuses mais pèsent peu ; les macromolécules pèsent davantage mais sont moins nombreuses.

📖 4. Liaisons covalentes et ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Liaison dans laquelle deux atomes se partagent deux électrons.
• Interaction ion-ion : Appelée liaison ionique, s’établit entre une charge positive et une charge négative.

• Interaction ion-dipôle : S’établit entre une charge nette et une charge partielle.

📝 Points essentiels

• Le cours illustre les liaisons covalentes avec les molécules Cl₂ et CO₂.

• Une charge partielle provient de la polarisation assez forte de certaines liaisons covalentes.

💡 Astuce mémo

Deux atomes se partagent une paire d’électrons dans une liaison covalente.

📖 5. Interactions électrostatiques et Van der Waals

🔑 Notions clés & Définitions

• Force de Keesom : Interaction entre deux dipôles permanents.

📝 Points essentiels

• Un dipôle permanent peut induire la polarisation d’une liaison peu ou pas polarisable par son champ électrique, ce qui forme une interaction entre dipôle permanent et dipôle induit appelée force de Debye.

• La position momentanée des électrons par rapport aux noyaux peut polariser une liaison et créer un dipôle instantané, qui induit un autre dipôle à proximité ; cette interaction est la force de London.

💡 Astuce mémo

Keesom : deux dipôles permanents ; Debye : permanent-induit ; London : deux dipôles induits.

📖 6. Liaisons hydrogène

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison hydrogène : Interaction entre deux dipôles permanents, dont l’un implique une liaison covalente avec un hydrogène fortement polarisée et l’autre un élément très électronégatif portant au moins un doublet non liant.

📝 Points essentiels

• Le cours présente des liaisons hydrogène :
  • entre molécules d’eau
  • entre molécules organiques
  • entre molécules organiques et molécules d’eau

📖 7. Énergie des liaisons

★ À maîtriser

• L’énergie des interactions de Van der Waals est de 2 à 8 kJ·mol⁻¹.

• L’énergie des liaisons hydrogène est de 10 à 30 kJ·mol⁻¹.

• L’énergie des interactions électrostatiques est de 20 à 250 kJ·mol⁻¹.

• L’énergie des liaisons covalentes est de 200 à 1000 kJ·mol⁻¹.

Compléments

📌 Les liaisons et interactions faibles comprennent les interactions de Van der Waals et les liaisons hydrogène, tandis que les liaisons fortes comprennent les interactions électrostatiques et les liaisons covalentes.

💡 Astuce mémo

Les liaisons covalentes sont fortes ; les interactions de Van der Waals sont faibles.

📊 Tableaux de synthèse

Énergie des liaisons et interactions