Biologie cellulaire

Biologie cellulaire

I) Les cellules procaryotes
Les cellules procaryotes sont divisées en deux types cellulaires

Les archéobactéries qui prennent en compte les cellules méthanogènes, les cellules halophiles et les cellules thermoacidophiles. Les archéobactéries sont les premières à coloniser les roches nues car elles survivent avec le minimum de ressources
Les eubactéries (ou « vraie-bactérie ») sont les plus proches des bactéries actuelles. Elles prennent en compte les bactéries contemporaines, les mycoplasmes et les cyanobactéries
Le procaryote classique est Escherichia-coli (ou E-coli), qui est une bactérie habitant dans la flore intestinale humaine grâce à une paroi cellulaire rigide

Les bactéries se distinguent de part leurs parois cellulaires mise en évidence par la coloration de Gram. On trouve des bactéries « gram + » et des bactéries « gram –

Les bactéries gram + retiennent le colorant, coloration violette. Leurs parois possèdent une couche unique de peptidoglycane qui repose sur la membrane plasmique, les deux constituent la paroi cellulaire. On pourra prendre comme exemple les staphylocoques
Les bactéries gram – sont beaucoup plus perméables au colorant, coloration rose. Leurs parois sont constituées d’une couche fine de peptidoglycanes qui repose sur la membrane plasmique entourée par une membrane externe : il y a donc trois couches. L’exemple le plus pertinent sera Escherichia-coli
Les cellules procaryotes contiennent un compartiment unique, le cytoplasme, contenant un chromosome ou une molécule d’ADN unique qui est le plus souvent circulaire et que l’on appelle le nucléoïde

Les bactéries se répliquent rapidement par division cellulaire ou scissiparité. Elles peuvent être pathogènes ou non pathogènes

Les cellules eucaryotes
1) Caractéristiques générales des cellules eucaryotes

Les eucaryotes correspondent aux organismes multicellulaires (animaux, plantes, champignons) ainsi qu’à quelques eucaryotes unicellulaires. Le modèle eucaryote est un vers appelé Caenorhabditis Elegans qui a les mêmes mécanismes moléculaires et biochimiques que l’ensemble des organismes multicellulaires tout en étant facilement étudiable car il possède un nombre limité de cellules (131 cellules

Les eucaryotes monocellulaires correspondent aux protistes qui sont de deux types : animal les protozoaires et végétal les protophytes. Le modèle protistes est la levure ou Saccharomyces Cerevisae qui est un champignon à paroi cellulaire rigide qui absorbe des sucres pour sécréter de l’alcool et du CO2

Les cellules végétales sont le sommet de l’évolution végétale : elles sont capables de synthétiser toutes substances organiques à partir de matière inorganique et de lumière (cf. cours de biologie végétale, chapitre photosynthèse). Elles contiennent des chloroplastes présentant des vacuoles volumineuses limitées par une double membrane qui correspondent à des saccules empilées les unes sur les autres appelées thylakoïde, où se réalisent la photosynthèse et donc qui contiennent de la chlorophylle. Les chloroplastes, comme les mitochondries, peuvent se reproduire et possèdent leurs propres ADN

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2) Organisation des cellules eucaryotes

Comme dit précédemment, les cellules eucaryotes sont délimitées par une membrane (animaux) ou paroi (végétaux) et possèdent un noyau qui est l’organite contenant le génome de l’individu

Dans la cellule eucaryote il existe également des organites qui font soit parti du système endo-membranaire, soit parti des organites clos (peroxysomes, mitochondries et chloroplastes

Le système endo-membranaire correspond à l’ensemble des saccules limité par des membranes simples en communication permanente les unes avec les autres, et avec la membrane plasmique grâce à des vésicules (réticulum-endoplasmiques, enveloppe nucléaire, appareils de Golgi, lysosomes et endosomes). Ils consomment tous de l’énergie

Les organites clos sont les principaux transformateurs énergétiques de la cellule, ils permettent la formation d’énergie

D’autre part le cytosquelette permet le maintien de la morphologie cellulaire, la position des organites dans la cellule et le transport de différents composants cytoplasmiques. Parmi eux on trouve les microfilaments d’actine, les microtubules et les filaments intermédiaires de cytokératine

3) Homéostasie

« Le milieu dans lequel baignent la plupart des cellules de l’organisme eucaryote multicellulaire est la portion interstitielle du liquide extracellulaire. Le fonctionnement normal des cellules dépend de la constance de ce liquide et il n’est donc pas étonnant que chez les eucaryotes multicellulaires, de multiples mécanismes régulateurs se soient développés pour en maintenir les conditions. L’homéostasie décrit les différents arrangements physiologiques qui permettent de rétablir l’état normal après une perturbation. » (Physiologie médicale de William Ganong, publié par De Boeck Université

III) Les caractères distinctifs entre procaryote et eucaryote

1) Les procaryotes

Les cellules procaryotes ne possèdent pas de noyaux et possèdent un ADN circulaire oulinéaire, situé dans le cytoplasme et haploïde à l’état végétatif. De cette manière la réplication, la tran–SS–ion et la traduction de l’ADN se fait directement dans le cytoplasme.

Les procaryotes n’ont pas de cloisonnement cytoplasmique et leurs membranes ne possèdent pas de stérols mais elles sont doublées d’une couche de peptidoglycane formant la paroi cellulaire (cf. plus haut dans le cours). La substance fondamentale du cytoplasme est appelé le cytosol qui est rigide chez les procaryotes, avec une absence de flux (ni exocytose, ni endocytose). Les procaryotes ne possèdent ni organites ni cytosquelette

2) Les eucaryotes

Les cellules eucaryotes possèdent un noyau qui est l’organite le plus volumineux et qui est délimité par une double membrane appelée enveloppe nucléaire. Dans le noyau se réalise la réplication et la tran–SS–ion de l’ADN ; la traduction se fait dans le cytoplasme de la cellule

Les eucaryotes ont des cloisonnements cytoplasmiques permettant la formation des organites (noyau réticulum endoplasmique, appareil de golgi, lysosomes, peroxysomes et vésicules), ces organites nagent dans le cytosol qui chez les eucaryotes est fluide avec présence de flux grâce au cytosquelette (cf. suite du cours). Les membranes plasmiques ne sont pas doublées d’une paroi pour les animaux, mais doublées pour les végétaux (paroi pecto-cellulosique) et pour les champignons (paroi polysaccharidique) ; dans tous les cas il y a absence de peptidoglycane mais présence de stérols

Biologie cellulaire : Méthodes d’études cellulaires

Biologie cellulaire : Méthodes d’études cellulaires

I) Les méthodes d’observation
1) Méthodes et techniques d’observations des cellules

L’observation des cellules est délicate du fait de leurs très petites tailles, et nécessite un certain nombre d’appareillages dont les microscopes. On distingue deux grands types de microscopes suivant leur résolution : les microscopes optiques et les microscopes électroniques

a) Microscopes optiques

Les microscopes optiques (à lumière ou photoniques) permettent l’observation de cellules vivantes ou mortes, grâce à des coupes très fines de préparations fixées. Les microscopes optiques utilisent de la lumière visible et la qualité de l’image dépend du pouvoir séparateur qui donne la résolution du microscope limitée par la longueur d’onde de la radiation lumineuse. On obtient donc un grossissement x1000

Pour les microscopes optiques à fluorescence la lumière reçue par l’œil ne traverse pas l’objet ; ici on utilise des molécules fluorescentes appelées des fluorochromes, qui sont utilisés comme colorant. La lumière excite les fluorochromes qui réémettent dans des plus grandes longueurs d’ondes c’est-à-dire dans des énergies plus basses

Dans ce type de microscope on utilise des filtres qui permettent la formation d’une lumière monochromatique qui éclairera l’échantillon (cf. cours de physique). Les microscopes optiques à fluorescence nécessitent des cellules fixées, des coupes minces et entraînent malheureusement des superpositions d’images

Les microscopes optiques à fluorescence sont souvent équipés de microscopie confocale qui remédie à la superposition d’images, en étudiant la cellule plan par plan

b) Microscopes électroniques

Les microscopes électroniques utilisent des faisceaux d’électrons qui sont chargés, possèdent une masse et se comportent comme une onde. Plus les électrons sont accélérés plus les longueurs d’onde diminuent et plus la résolution augmente. Ces électrons possèdent des compartiments possédant un vide parfait afin de maintenir rectiligne les faisceaux d’électrons, et des lentilles électromagnétiques qui forment un condensateur. On obtient ici un grossissement x 100 000. Les microscopes électroniques nécessitent la déshydratation de l’échantillon et donc la mort des cellules et du fait du faible pouvoir pénétrant des électrons les échantillons doivent être sous forme de coupes ultra fines et donc soumis à des inclusions

La microscopie électronique à balayage consiste à balayer une préparation par un faisceau d’électrons, permettant la mise en évidence des reliefs de l’échantillon

2) Techniques de préparation des échantillons
a) Etudes des structures

Afin d’étudier des structures on utilise un certain nombre de techniques : préparation des coupes fines, coloration négative, ombrage métallique, cryodécapage

La préparation des coupes fines se fait en plusieurs étapes

La fixation se fait par le formaldéhyde et le glutaraldéhyde, qui sont des aldéhydes très réactifs. Malheureusement la fixation tue les cellules mais permet leur immobilisation et leur conservation
La déshydratation permet l’élimination de l’eau en la remplaçant par des solvants de types xylène et toluène
L’inclusion dans de la résine, cire ou paraffine, permet une solidification de l’échantillon, par leur polymérisation
La formation des coupes ultrafines est réalisée par des microtomes
La coloration des coupes se fait par différents types de colorants ou méthodes de mise en évidence 
Les colorants métachromatiques qui changent de couleur suivant la nature des structures colorées. On donnera comme exemple le May-Grunwald-Giemsa (MGG), qui correspond à l’association d’éosine et de bleu de méthylène, permettant la coloration des frottis sanguins
Les colorants histochimiques comme l’acide périodique de Schiff qui colore les polysaccharides et le noir soudan qui colore les lipides
La méthode histo-enzymatique qui permet la formation d’un produit coloré par action d’une enzyme sur son substrat incolore
Le montage rend la préparation observable
La coloration négative permet de mettre en évidence le contour de petits objets, grâce à des projections de métaux lourds sur la préparation

Les ombrages métalliques permettent d’accentuer les reliefs d’un objet en vaporisant sous vide une très fine couche métallique avec un certain angle d’incidence entraînant la formation d’ombre portée

b) Mise en culture

La culture cellulaire est obtenue après le maintien en vie de cellules plus de 24 heures dans un milieu de culture artificielle. On met en évidence deux types de cultures

Les cultures organotypiques sont soumises à un maintien de la différentiation morphologique et fonctionnelle. Ces fragments d’organes ou tissus sont appelés des explants
Les cultures histiotypiques correspondent à une multiplication active mais sans maintien de l’organisation

II) Les méthodes de fractionnement subcellulaire
Les méthodes de fractionnement subcellulaire consistent à séparer les différents composants cellulaires par destruction de la membrane plasmique, puis par désorganisation de la cellule

1) Homogénéisation

Le but de l’homogénéisation est de rompre la membrane plasmique (ou la paroi pour les cellules végétales et fongique). Pour se faire on met les cellules en suspension dans un tampon de pH et de force ionique connus

L’homogénéiseur est un tube de verre dans lequel on place la préparation puis un piston en verre. La cellule passera entre le tube de verre et le piston, sera ainsi comprimée et éclatera, libérant son contenu dans le tampon

On obtient un homogénat avec tous les constituants de la cellule. La plupart des organites restent intactes, mais sans précaution particulière l’appareil de Golgi et le réticulum endoplasmique vont être fragmentés sous forme de vésicules appelées microsomes

2) Purification

a) Centrifugation différentielle

La centrifugation différentielle permet la purification de l’homogénat en fonction de la taille et de la densité de ses constituants. Pour se faire on centrifuge l’homogénat à différentes vitesses ; à chaque vitesse, différents organites se déposent dans le culot, qui sera prélevé

A 600g, on observe la sédimentation du noyau et du cytosquelette
A 15 000g, on observe la sédimentation des mitochondries, des lysosomes et des peroxysomes
A 100 000g (ultracentrifugation), on observe la sédimentation de la membrane plasmique, des microsomes et des grands polysomes
A 200 000g, on observe la sédimentation des ribosomes et des petits polysomes. Ce qui reste à la fin c’est la fraction hydrosoluble du cytosol
b) Centrifugation par gradient préformé

La centrifugation par gradient préformé consiste à déposer une mince couche d’homogénat au dessus de la solution de saccharose dont la concentration varie de façon régulière et décroissante du bas vers le haut. Les différents constituants de l’homogénat sédimentent tous à des vitesses différentes, on obtient ainsi différentes bandes (la couche la plus dense étant au fond) que l’on séparera

La vitesse de sédimentation dépend de la taille des molécules, de la forme des particules et de la densité. La vitesse de sédimentation est définie par le coefficient de sédimentation en unité Svedberg (S

 mars 10th, 2012  Biologie  6 Comments »

Biologie cellulaire : membranes cellulaires

DÉFINITION:
Les membranes cellulaires sont des doubles couches phospholipidiques dans lesquelles s’insèrent de manière asymétrique et inhomogène d’autres structures les caractérisant

La membrane délimitant la cellule est appelée membrane plasmique et les membranes des organites sont appelées par le nom de l’organite concerné (membrane nucléaire, membrane mitochondriale, etc

En microscopie électronique on observe une tri-lamination de la membrane : un feuillet clair de 3 nm (environ 2 fois la longueur d’une chaîne d’acide gras) entouré par 2 feuillets sombres de 2,5 nm chacun ; l’épaisseur totale est donc d’environ 8 nm. Ceci a permis de mettre en évidence la structure en bicouche phospholipidique de la membrane plasmique

I) Composition des membranes
Les membranes sont constituées (en poids sec de membrane) de 40% de lipides, 52% de protéines et 8% de glucides. En prenant en compte la différence de poids existant entre ces classes de molécules, on compte 50 molécules de lipides par molécule de protéine

1) Diversités des lipides membranaires

Au sein de la membrane les lipides sont présents sous différentes formes ; parmi elles on compte les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol

a) Phospholipides

Les phospholipides présentent tous une tête hydrophile (phosphate et groupement spécialisé) et une queue hydrophobe (glycérol et acides gras). On distingue deux types de phospholipides

Les glycérophospholipides correspondent à l’association de glycérol, de deux acides gras, d’un acide phosphorique et d’alcools ou d’acides aminés (cf. cours de biochimie). Les alcools ou les acides aminés donnent l’identité et la caractéristique du glycérophospholipides. Parmi les acides aminés on trouve la sérine et parmi les alcools on trouve l’inositol, l’éthanolamine et la choline ; on obtient ainsi la phosphatidyl-sérine, le phosphatidyl-inositol, la phosphatidyl-éthanolamine et la phosphatidyl-choline
Les sphingophospholipides correspondent à l’association de sphingosine, d’acide gras, d’acide phosphorique et d’alcool ou d’acides aminés ; on obtient ainsi la sphingomyéline (par association de la choline

b) Glycolipides

Les glycolipides sont de deux types, on trouve les glycéroglycolipides et les sphingoglycolipides. Il est intéressant de préciser que les glycolipides des membranes des érythrocytes (globules-rouges), définissent le groupe sanguin de l’individu

c) Cholestérol

Le cholestérol est uniquement présent dans les membranes des cellules animales, en effet, il est absent des cellules végétales et des bactéries. Le cholestérol est composé d’un noyau stéroïde hydrophobe, d’une queue hydrophobe et d’une fonction alcool hydrophile. La molécule est donc amphiphile, représente environ un quart des lipides membranaires et influence la fluidité membranaire (cf. cours de biochimie

2) Diversités des protéines membranaires

Les protéines membranaires ont des rôles bien spécifiques au sein de la double couche phospholipidique : récepteurs, transporteurs, adhérence cellulaire, catalyse enzymatique, messagers intracellulaires, etc. Chaque protéine possède une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale (cf. cours de biologie moléculaire – Traduction). Les protéines sont ancrées de différentes manières dans la membrane

a) Les protéines extrinsèques

Les protéines extrinsèques sont localisées en dehors de la bicouche phospholipidique et sont ainsi soit entièrement intracellulaire, soit entièrement extracellulaire. Elles interagissent avec la membrane, par des liaisons électrostatiques de types liaisons hydrogènes et liaisons de Van der Waals, au niveau de domaines caractéristiques de protéines transmembranaires ou de lipides. Ces interactions étant faibles, elles sont rompues facilement par des variations de forces ioniques et de pH

b) Les protéines ancrées dans des acides gras

Les protéines périphériques ancrées dans les lipides sont de deux types

Ancrées sur les glyco-phosphatidyl-inositol (GPI) qui correspondent à l’association d’une phospho-éthanol-amine sur des sucres, eux-mêmes ancrés sur un phosphatidyl-inositol. Ces protéines sont présentent sur la face extracellulaire de la membrane
Ancrées à la membrane par l’intermédiaire d’acide gras (acide palmitique et acide myristique). Ces protéines sont présentent sur la face intracellulaire de la membrane
c) Les protéines transmembranaires

Les protéines transmembranaires traversent les deux feuillets de la membrane. Ces protéines sont liées de manière stable à la membrane avec l’environnement hydrophobe de la face interne de la membrane, par les acides aminés apolaires de leurs hélices α. Elles ne peuvent ainsi être séparées de la double couche phospholipidique (et donc étudiées) que par l’action de détergents

3) Diversités des glucides membranaires

La grande majorité des glucides membranaires sont sous forme de glycoprotéines et une petite partie sous forme de glycolipides. Au niveau de la membrane les glucides n’existent pas à l’état libre, ils sont liés à des protéines, par des liaisons N-glycosidiques (le plus souvent) et des liaisons O-glycosidiques, sous forme de petites glycoprotéines ou de protéoglycanes

Les glycoprotéines contiennent des polysaccharides courts, souvent ramifiés et n’excédant pas 50% du poids moléculaire de la glycoprotéine. Le sucre terminal est souvent de l’acide sialique chargé négativement
Les protéoglycanes sont également des glycoprotéines, mais qui contiennent des polysaccharides à chaîne longue composée d’unités disaccharidiques répétées à l’infini, représentant jusqu’à 90% du poids moléculaire globale. Souvent un des deux sucres de l’unité est aminé, on parle alors de glyco-amino-glycane (ou GAG) dont le plus simple est l’acide hyaluronique
Pour information, les protéoglycanes sécrétoires composent la matrice extracellulaire (tissu conjonctif, cartilage, etc.) et sont différents des protéoglycanes cellulaire

II) Propriétés des membranes
1) Auto-assemblage des lipides

Les phospholipides, dus à leurs propriétés physico-chimiques, s’assemblent de manière automatique en différentes sortes de structures suivant l’environnement

Les monocouches sont des couches mono-moléculaires dont les têtes hydrophiles sont dirigées vers le milieu aqueux et les queues hydrophobes vers le milieu lipidiques
Les micelles sont des formations sous la forme de gouttelettes rondes, où dans un milieu aqueux les têtes hydrophiles sont dirigées vers l’extérieur de la sphère et les queues hydrophobes sont dirigées vers l’intérieur (dans un milieu lipidique la conformation est inverse
Les bicouches phospholipidiques permettent la formation de vésicules sphériques appelées liposomes. Les bicouches phospholipides rentrent dans la formation des bicouches membranaires. Pour information, les liposomes sont actuellement utilisés en thérapeutique pour encapsuler des substances médicamenteuses

2) Asymétrie membranaire

Toutes les membranes biologiques sont constituées de feuillets dont les compositions lipidiques sont différentes, sauf le cholestérol qui se trouve en quantité équivalente dans l’un ou l’autre des feuillets, pouvant basculer facilement de l’un à l’autre

Le feuillet interne est caractérisé par les phosphatidyl-sérine (amphotère) et phosphatidyl-éthanol-amine (charge négative
Le feuillet externe est caractérisé par la sphingomyéline (charge négative) et la phosphatidyl-choline (charge négative
L’asymétrie des lipides entraîne ainsi une asymétrie de la charge globale de chaque feuillet. On visualise également une asymétrie des protéines présente dans la double couche phospholipidique ; ces protéines participent à caractériser les propriétés de la membrane, que cela soit du côté intracellulaire ou extracellulaire

La plus grande asymétrie est celle présente au niveau des glucides, en effet tous les motifs glucidiques sont localisés sur le feuillet externe de la membrane plasmique. Pour les organites intracellulaires les sucres sont dirigés vers la lumière de l’organite. « L’arbre glucidique » présent au niveau du feuillet externe de la membrane plasmique forme ce que l’on appelle le glycocalix

3) Fluidité membranaire

La mobilité des lipides est nécessaire pour l’activité cellulaire. Ils peuvent se mouvoir de différentes manières au sein de la membrane : rotation, diffusion latéral et flip flop (passage d’un feuillet à l’autre
Certaines protéines vont être bloquées par des structures intracellulaires ou extracellulaires par des interactions protéines-protéines ou interactions avec le cytosquelette
La fluidité membranaire intervient dans différentes fonctions cellulaires : absorption, sécrétion, protection, adhérence, communication, interaction avec la matrice, etc
La fluidité est influencée par différents facteurs, des facteurs externes comme la température (une augmentation de la température entraîne la fluidification de la membrane) et des facteurs internes

La composition en acides-gras : Plus les chaînes carbonées des acides-gras sont courtes et insaturées plus la membrane est fluide
La proportion de cholestérol : Le cholestérol renforce la solidité et rigidité membranaire et correspond jusqu’à 50% des lipides totaux de la membrane
Le nombre de protéines : Les protéines diminuent la fluidité membranaire

III) Différenciation de la membrane plasmique
On distingue 3 principaux types de différenciation de la membrane plasmique, qui touche des pôles différents de la cellule concernée

1) La bordure en brosse

La bordure en brosse est un rassemblement de microvillosités qui touche la membrane plasmique du pôle apical des cellules, permettant une augmentation de la surface d’échanges des cellules épithéliales (entérocytes, tubules rénaux, etc

Les microvillosités sont constituées de faisceaux de microfilaments d’actines, parallèlement par rapport à l’axe de la microvillosité. A la base de la microvillosité on trouve des filaments intermédiaires qui s’orientent de manière perpendiculaire par rapport aux microvillosités. La structure des faisceaux est permise grâce aux villines et fimbrines qui unissent les microfilaments d’actines entre eux (cf. chapitres microfilaments d’actines). Les faisceaux sont fixés à la membrane à l’aide de protéines contractiles : les myosines 1 latéralement et les myosines 5 à la pointe de la microvillosité

2) Les microvillosités isolées

Les microvillosités peuvent être distantes les unes des autres, on parle de microvillosités isolées. Ces dernières sont notamment visibles au niveau des polynucléaires (ou globules-blanc ou leucocytes) lors de la diapédèse (cf. cours d’immunologie – « Immunité innée »

3) Les intra-digitations

Les intra-digitations correspondent à des replis de la membrane plasmique au niveau du pôle basal des cellules épithéliales, le plus souvent au niveau de cellules qui sont sujettes à des échangent d’eau et de minéraux de manière bidirectionnelle avec la matrice extracellulaire

Thermochimie : Enthalpie

Thermochimie : Enthalpie

I.a. Définition de l’enthalpie :

L’enthalpie, notée H, est la mesure de l’énergie du système qui peut être dégagée sous forme de chaleur. (Enthalpie = quantité de chaleur libérable par un système).

Soit la réaction : 

 

Il s’agit d’une réaction exothermique (chaleur, Q, en produit).

b. Calcul de la variation d’enthalpie :

Variation d’enthalpie d’un système = la quantité de chaleur échangée par le système à pression constante. Se note ΔH

c. L’enthalpie, une fonction d’état :

L’enthalpie ne dépend pas de la façon dont le système a atteint son état. Elle ne prend en compte que la situation initiale et la situation finale, elle ne tient pas compte des autres situations intermédiaires.

On ne tient pas compte des situations intermédiaires C et D.

• Conséquence directe de la notion de fonction d’état : B-A = -(A-B) ou ΔH_aller= -ΔH_retour.
• Donc, si le sucre (C₆H₁₂O₆) brûle avec l’oxygène pour former du CO₂ et de l’eau en dégageant 2808 Kj (ΔH = -2808) alors, pour reformer du sucre à partir de CO₂ et d’eau, il faudra fournir 2808 Kj au système (ΔH = +2808).

d. Référence « zéro » de l’échelle d’enthalpie :

L’enthalpie est nulle, c’est à dire qu’il n’y a plus d’énergie libérable par ces corps sous forme de chaleur par réaction chimique pour les corps purs simples dans leurétat d’agrégation (assemblage) le plus stable^* sous une pression = 1 bar (10⁵ Pa).

soit : Cl_{2 (g)} ; H_{2 (g)} ; O_{2 (g)} , C_(graphite) ; en effet, l’état le + stable pour le carbone est sous forme de graphite (pas de diamant !).

^*soit le plus petit assemblage chimique tel que l’ensemble soit stable (souvent = à l’élément lui-même).

e. Enthalpie de changement d’état : Quantité d’énergie à fournir pour faire changer d’état physique un corps.

Illustrations : valeurs relatives des enthalpies pour la fusion et la vaporisation.

enthalpie de fusion (passage solide > liquide) ΔH_fusion

enthalpie de vaporisation (passage liquide > gaz) ΔH_vaporisation

Exemple de l’eau :.

1. ΔH_f = enthalpie de formation = quantité d’énergie à fournir pour mettre les corps purs ensemble et former de 1 molécule d’eau. Soit -286Kj.mol^-1

2. ΔH_vap = +44Kj.mol^-1 = quantité d’énergie fournie pour rendre l’eau sous forme gazeuse (fourniture d’énergie > l’enthalpie augmente)

3. (H₂O _(g) > H₂O _(l)) = ΔH_{liquéfaction} = -44Kj.mol^-1

ΔH est donnée pour une température fixée ! Ici 298,15 K (25°C), or on sait que l’eau devient vapeur seulement à 373,15 K (100°C). Comme on prend des références identiques, on peut y appliquer les opérations mathématiques.

II. Enthalpie des transformations chimiques :

a. l’équation thermochimique :

C’est une équation chimique dans laquelle apparaît la variation d’enthalpie. Cette équation doit être pondérée comme toute équation.

1 CH4 (g) + 2O2 (g) -> 1 CO2 (g) + 2 H2O (l) +  1. (890 kJ)

2 CH4 (g) + 4O2 (g) -> 2 CO2 (g) + 4 H2O (l) +  2. (890 kJ)

Rappel, ici on donne l’enthalpie par mole de CH₄.

b. enthalpie standard de réaction :

1 CH_{4 (g)} + 2O_{2 (g)} -> 1 CO_{2 (g)} + 2 H₂O _(l) +  1. (890 kJ)

• Définition : L’enthalpie standard de réaction est la variation d’enthalpie entre les réactifs dans leur état standard et les produits dans leur état standard.ΔH⁰_r = état standard pour un composé pur sous une pression = 1 bar.

c. Loi de Hess :

 

Soit A la situation initiale, B la situation finale et C,D des situations intermédiaires.

On veut calculer ΔH soit :	HB-HA  = ΔH
mais  ΔH = aussi	HC-HA + HB - HC

Car l’enthalpie est une fonction d’état. Seuls les états finaux et initiaux sont pris en compte, peu importe le chemin utilisé.

Loi de Hess : L’enthalpie de la réaction globale est la somme des enthalpies des réactions des différentes étapes conduisant aux même produits au départ des même réactifs.

• Applications :

1. enthalpie standard de formation

Au départ des corps purs simples, on forme les molécules des réactifs et celles des produits. La différence entre les enthalpies de formation des réactifs et des produits donnera, par la loi de Hess, l’enthalpie de réaction.

 

Ne pas oublier les coefficients stœchiométriques !

2. enthalpie de combustion

Au départ des réactions de combustion des réactifs et des produits (s’il s’agit de carburants qui réagissent avec O₂). On peut retrouver l’enthalpie de réaction.

Tout carburant qui réagit avec l’oxygène se retrouve en fin de réaction sous forme de dioxyde de carbone et d’eau.

Par conséquent :