Informations

4.19 : Atomes - Biologie

4.19 : Atomes - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Structure de l'atome

Pour comprendre comment les éléments s'assemblent, nous devons d'abord discuter du plus petit composant ou bloc de construction d'un élément, l'atome. Un atome est la plus petite unité de matière qui conserve toutes les propriétés chimiques d'un élément. Les atomes d'or ne peuvent pas être décomposés en quoi que ce soit de plus petit tout en conservant les propriétés de l'or.

Un atome est composé de deux régions : la noyau, qui est au centre de l'atome et contient des protons et des neutrons, et la région la plus externe de l'atome qui maintient ses électrons en orbite autour du noyau, comme illustré à la figure 1. Les atomes contiennent des protons, des électrons et des neutrons, entre autres subatomiques particules. La seule exception est l'hydrogène (H), qui est composé d'un proton et d'un électron sans neutrons.

Les protons et les neutrons ont approximativement la même masse, environ 1,67 × 10–24 grammes. Les scientifiques définissent arbitrairement cette quantité de masse comme une unité de masse atomique (amu) ou un dalton, comme le montre le tableau 1. Bien que de masse similaire, les protons et les neutrons diffèrent par leur charge électrique. UNE proton est chargé positivement alors qu'un neutron n'est pas facturé. Par conséquent, le nombre de neutrons dans un atome contribue de manière significative à sa masse, mais pas à sa charge. Électrons ont une masse beaucoup plus petite que les protons, ne pesant que 9,11 × 10–28 grammes, soit environ 1/1800 d'unité de masse atomique. Par conséquent, ils ne contribuent pas beaucoup à la masse atomique globale d'un élément. Par conséquent, lors de l'examen de la masse atomique, il est d'usage d'ignorer la masse de tous les électrons et de calculer la masse de l'atome en fonction du nombre de protons et de neutrons uniquement. Bien qu'ils ne contribuent pas de manière significative à la masse, les électrons contribuent grandement à la charge de l'atome, car chaque électron a une charge négative égale à la charge positive d'un proton. Dans les atomes neutres non chargés, le nombre d'électrons en orbite autour du noyau est égal au nombre de protons à l'intérieur du noyau. Dans ces atomes, les charges positives et négatives s'annulent, conduisant à un atome sans charge nette.

Compte tenu de la taille des protons, des neutrons et des électrons, la majeure partie du volume d'un atome (supérieur à 99%) est en fait de l'espace vide. Avec tout cet espace vide, on peut se demander pourquoi les objets dits solides ne font pas que se croiser. La raison pour laquelle ils ne le font pas est que les électrons qui entourent tous les atomes sont chargés négativement et que les charges négatives se repoussent.

Tableau 1. Protons, neutrons et électrons
ChargerMesse (amu)Emplacement
Proton+11noyau
Neutron01noyau
Électron–10orbitales

Numéro atomique et masse

Les atomes de chaque élément contiennent un nombre caractéristique de protons et d'électrons. Le nombre de protons détermine la numéro atomique et est utilisé pour distinguer un élément d'un autre. Le nombre de neutrons est variable, ce qui donne des isotopes, qui sont des formes différentes du même atome qui ne varient que par le nombre de neutrons qu'ils possèdent. Ensemble, le nombre de protons et le nombre de neutrons déterminent le nombre de masse d'un élément, comme illustré à la figure 2. Notez que la faible contribution de masse des électrons n'est pas prise en compte dans le calcul du nombre de masse. Cette approximation de la masse peut être utilisée pour calculer facilement le nombre de neutrons d'un élément en soustrayant simplement le nombre de protons du nombre de masse. Étant donné que les isotopes d'un élément auront des nombres de masse légèrement différents, les scientifiques déterminent également le masse atomique, qui est la moyenne calculée du nombre de masse pour ses isotopes naturels. Souvent, le nombre résultant contient une fraction. Par exemple, la masse atomique du chlore (Cl) est de 35,45 car le chlore est composé de plusieurs isotopes, certains (la majorité) de masse atomique 35 (17 protons et 18 neutrons) et certains de masse atomique 37 (17 protons et 20 neutrons) .

Question de pratique

Le carbone a un numéro atomique de six et deux isotopes stables avec des nombres de masse de douze et treize, respectivement. Sa masse atomique est de 12,11.

Combien de neutrons possèdent respectivement le carbone 12 et le carbone 13 ?

[practice-area rows="2″][/practice-area]
[révéler-réponse q="912178″]Montrer la réponse[/révéler-réponse]
[hidden-answer a=”912178″]Le carbone-12 a six neutrons. Le carbone-13 a sept neutrons.[/hidden-answer]


Des scientifiques de Harvard créent une nouvelle molécule dipolaire

Dans une percée sans précédent, des chercheurs de Harvard ont combiné pour la première fois deux atomes pour former une seule molécule dipolaire aux propriétés uniques, selon un article publié dans Science magazine jeudi dernier.

Le professeur adjoint de chimie et de biologie chimique Kang-Kuen Ni et plusieurs autres membres du Ni Lab, dont les chercheurs Jonathan D. Hood, Lee R. Liu, Yichao Yu, Jessie T. Zhang, Till Rosenband et Nicholas R. Hutzler, ont réalisé le Découverte.

Les scientifiques ont spécifiquement examiné la molécule dipolaire formée en combinant un atome de sodium et un atome de césium.

"Ce que nous avons fait, c'est que nous avons piégé deux atomes dans des pincettes optiques individuelles - ce qui est exactement ce que vous obtenez lorsque vous focalisez un laser - puis nous avons pu déplacer ces pincettes et chevaucher les atomes indépendamment et les mettre dans la même pince à épiler", Liu mentionné. "Nous avons ajouté un photon, puis cela a déclenché une réaction entre ces deux atomes."

« Ce que nous avons atteint, c'est le nombre minimum d'ingrédients pour une réaction : deux atomes plus quelque chose pour ajouter ou retirer de l'énergie. Dans ce cas, nous avons ajouté de l'énergie », a-t-il ajouté.

Ni a expliqué que la possibilité de combiner avec précision deux atomes individuels avec des pincettes optiques évite l'incertitude inhérente aux méthodes conventionnelles d'exécution de réactions chimiques, dans lesquelles de nombreux atomes différents sont mélangés. Cette approche traditionnelle produit souvent d'autres composés que celui souhaité, selon Liu,

"Dans les expériences habituelles… vous commencez avec un tas de A, vous commencez avec un tas de B, ils se trouveront et donneront un produit AB", a déclaré Ni. «Mais ce que nous avons fait différemment, c'est que nous avons beaucoup plus de contrôle. Nous attrapons donc exactement un A, attrapons exactement un B, puis nous leur laissons réagir de manière très contrôlée. »

Liu a souligné que la clé de la récente percée de l'équipe n'était pas nécessairement d'inventer de nouvelles techniques, mais de combiner de manière créative une variété de technologies existantes d'une manière unique.

« Toutes les techniques individuelles ont existé sous une forme ou une autre. Par exemple, les principales choses ici sont le refroidissement par laser, amenant les atomes à très près du zéro absolu – cela existe depuis de très nombreuses années, voire des décennies », a déclaré Liu. "C'est la première fois qu'ils sont réunis pour deux espèces différentes - c'est l'important - et réunis pour faire cette réaction chimique. C’est en quelque sorte la combinaison de tout ce qui est nouveau ici.

La molécule particulière de sodium-césium que les chercheurs ont développée est particulièrement importante en tant que bloc de construction pour les ordinateurs quantiques, ou qubits, selon Liu. En raison de sa nature asymétrique, la molécule agit presque comme un barreau magnétique, une propriété recherchée dans les qubits.

« Du point de vue de la physique, la molécule de sodium et de césium peut faire beaucoup pour nous. La raison pour laquelle nous l'avons choisi est que cette propriété d'aimant en barre qu'il possède est maximale pour cette combinaison particulière », a déclaré Liu.

Ni a déclaré que l'objectif ultime de son groupe est de rendre ces nouvelles molécules dipolaires stables et durables, ce qui augmentera les attractions et les répulsions entre les deux atomes, les faisant se comporter encore plus comme un aimant en barre et améliorera leur potentiel pour l'informatique quantique.

« Les molécules que nous avons fabriquées directement en ce moment sont dans un état électronique excité. Donc, ils ne vivent pas très longtemps et nous ne les conservons pas peu de temps après leur fabrication », a-t-elle déclaré. "Notre prochaine étape consiste à combiner d'autres techniques afin que nous puissions fabriquer ces molécules dans un état fondamental stable."

— La rédactrice Amy L. Jia peut être contactée à [email protected] Suivez-la sur Twitter @AmyLJia.

— La rédactrice en chef Sanjana L. Narayanan peut être contactée à [email protected]

Vous voulez suivre les dernières nouvelles? Abonnez-vous à notre newsletter.


4.19 : Atomes - Biologie

Tous les articles publiés par MDPI sont rendus immédiatement disponibles dans le monde entier sous une licence en libre accès. Aucune autorisation particulière n'est requise pour réutiliser tout ou partie de l'article publié par MDPI, y compris les figures et les tableaux. Pour les articles publiés sous licence Creative Common CC BY en accès libre, toute partie de l'article peut être réutilisée sans autorisation à condition que l'article original soit clairement cité.

Les articles de fond représentent la recherche la plus avancée avec un potentiel important d'impact élevé dans le domaine. Les articles de fond sont soumis sur invitation individuelle ou sur recommandation des éditeurs scientifiques et font l'objet d'un examen par les pairs avant leur publication.

L'article de fond peut être soit un article de recherche original, une nouvelle étude de recherche substantielle qui implique souvent plusieurs techniques ou approches, ou un article de synthèse complet avec des mises à jour concises et précises sur les derniers progrès dans le domaine qui passe systématiquement en revue les avancées les plus passionnantes dans le domaine scientifique. Littérature. Ce type d'article donne un aperçu des orientations futures de la recherche ou des applications possibles.

Les articles du Choix de l'éditeur sont basés sur les recommandations des éditeurs scientifiques des revues MDPI du monde entier. Les rédacteurs en chef sélectionnent un petit nombre d'articles récemment publiés dans la revue qui, selon eux, seront particulièrement intéressants pour les auteurs ou importants dans ce domaine. L'objectif est de fournir un aperçu de certains des travaux les plus passionnants publiés dans les différents domaines de recherche de la revue.


4.19 : Atomes - Biologie

-Site du manuel de biologie en ligne : Cliquez ici --> Informations de connexion au livre de biologie en ligne Nom d'utilisateur : georgerking Mot de passe : LHS#1234

sec.1-2

sec.1-3
1. Top 10 Rules of Science Lab Safety (vidéo sur la sécurité en laboratoire)

Lun 9/2 Mar 9/3 Mer 9/4 Jeudi 9/5 Ven 9/6
*PAS D'ÉCOLE
(Fête du travail)
(Vous choisissez votre propre siège pour commencer les sièges doivent être choisis avant le jeudi 9-5-19)
*Fiche de données de l'étudiant *Introduction (enseignant)
*syllabus biologie & contrat syllabus amp
*HW : contrat syllabus dû le 9-6-19
*les sacs à main et les sacs à main vont dans le bac bleu
*politique de téléphone portable
*rencontrer la salle
(Vous choisissez votre propre siège pour commencer les sièges doivent être choisis d'ici demain 9-5-19)
*Réunions de classe (aujourd'hui)

*La politique sur les téléphones portables est en vigueur AUJOURD'HUI !

*Travaux scolaires : (Besoin du crayon #2) Pré-Test Biologie 1 er Semestre (NE PAS ÉCRIRE SUR LE TEST)

- les étudiants doivent mettre le numéro du livret de test sur leur Scantron.

*(besoin d'un classeur à 3 anneaux pour la journée d'organisation du mercredi)

*10 choses (besoin d'une ½ feuille de papier ligné) Notez 10 éléments de données vus dans cette image. (image non disponible)

*HW: 1-1 Section Review & note quiz & read Biology book pgs. 2-7 (dû jeudi)

* Quiz jeudi sur sec. 1-1 (7 points)

*(besoin d'un classeur à 3 anneaux pour la journée d'organisation de demain)

*10 choses (besoin d'une ½ feuille de papier ligné) Notez 10 éléments de données vus dans cette image. (image non disponible)

*Travaux scolaires/HW : 1-1 Section Review & note quiz & read Biology book pgs. 2-7 (dû demain)

* Quiz demain sur sec. 1-1 (7 points)

*(besoin d'un classeur à 3 anneaux pour le jour de l'organisation d'aujourd'hui)

*rendez HW: 1-1 Section Review & note quiz & read Biology book pgs. 2-7

*HW : GRSW 1-2 « How Scientists Work » (pour « Guided Reading Student Worksheet ») (pour demain)

*rendez HW: GRSW 1-2 "How Scientists Work" (signifie "Guided Reading Student Worksheet")

* renvoyer le Quiz sur la sec 1-1

*quiz sur 1-2 le mercredi

* Vérification du classeur : dû mercredi (9-18-19)

*travail en classe la semaine : « Comment travaillent les scientifiques » (vous n'avez que 20 minutes aujourd'hui, vous aurez 10 minutes supplémentaires en classe demain pour terminer cela)

*quiz sur 1-2 le mercredi

* Vérification du classeur : dû mercredi (9-18-19)

* Examen des partenaires 1 et 2 (besoin d'une ½ feuille de papier ligné)

*retourner et continuer le travail en classe la semaine : « Comment les scientifiques travaillent » (vous n'avez que 10 minutes pour vérifier lorsque le temps est écoulé)

*Question de sortie (autre côté d'une ½ feuille de papier ligné)

*questionnaire sur sec. 1-2 demain (11 questions)

* Vérification du classeur : dû mercredi (9-18-19)

*travail en classe/semaines HW. (à venir demain)

*vérifier les travaux en classe/semaines matérielles. (à venir demain)

* Temps d'étude des partenaires de la table (10 minutes)

*Remettez le classeur de biologie dans la case appropriée sur la table de laboratoire

*introduction à l'équipement de sécurité en classe : Top 10 Rules of Science Lab Safety (vidéo sur la sécurité en laboratoire)

* prenez le classeur de biologie dans la boîte appropriée sur la table de laboratoire (votre score est sur Mistar)

*repassez le quiz sur sec. 1-2

*Les élèves étiqueteront les articles de sécurité dans la salle de classe

*Semaines de laboratoire. Laboratoire sec : « Reconnaître la sécurité du laboratoire » (Cela commence à la page 1066, les étudiants auront besoin du manuel et des informations sur la classe.) ( demain)

Lun 23/9 Mar 24/9 mer 9/25 Jeudi 9/26 ven 9/27
*continuer sec. 1 à 3 remarques
*Question de groupe (chaque personne a besoin d'une feuille de papier ligné)
-Organiser les niveaux suivants d'organisation biologique du plus complexe (le plus grand) au moins complexe (le plus petit).

groupes de cellules cellules organisme de la population -écosystème biosphère -communauté des molécules

*Avec ce même groupe, terminez sec. 1-3 notes en utilisant le manuel de classe (5min.)

* Commencer la vidéo : World of Discovery - "La vie secrète du 118 Green Street" ( -Au dos de la feuille de papier ligné d'en haut, notez au moins 10 faits intéressants de la vidéo.)

*finir sec. 1 à 3 notes par vous-même
*Terminer la vidéo : World of Discovery – « La vie secrète du 118 Green Street » – utilisez la même feuille de papier ligné d'hier
*début sec. 1-4 remarques
-outils du métier

Lun 9/30 Mar 10/1 Mer 10/2 Jeudi 10/3 ven 04/10
(Professeur invité)
*Travaux/Matériel : (Les deux sont dus demain)
1. feuilles de travail GRSW "Section 1-3 Étudier la vie" & GRSW "Section 1-4 Outils et procédures"
2. feuille de travail « Examen des concepts clés pour la révision des sections 1-3 et 1-4 »
* Quiz sur 1-3 & 1-4 Mercredi (10-2-19) (25 quêtes.)
*TEST chapitre 1 vendredi (10-4-19) (50 points)
*rendez-vous au labo : le microscope
* Microscope & Check 1, 2, 3, 4
*vérifier les devoirs/matériel : (Les deux sont dus demain)
1. feuilles de travail GRSW "Section 1-3 Étudier la vie" & GRSW "Section 1-4 Outils et procédures"
2. feuille de travail « Examen des concepts clés pour la révision des sections 1-3 et 1-4 »
*Quiz sur 1-3 & 1-4 Demain (25 quêtes.)
*TEST chapitre 1 vendredi (10-4-19) (50 points)

1. feuilles de travail GRSW "Section 1-3 Étudier la vie" & GRSW "Section 1-4 Outils et procédures"


Pourcentage d'abondance naturelle

La plupart des éléments se présentent naturellement sous la forme d'un mélange de deux ou plusieurs isotopes. Le tableau ci-dessous montre les isotopes naturels de plusieurs éléments, ainsi que les pourcentage d'abondance naturelle de chaque.

Tableau (PageIndex<1>): Masses atomiques et pourcentages d'abondance de certains isotopes naturels
Élément Isotope (symbole) Pourcentage d'abondance naturelle Masse atomique (left( ext droit)) Masse atomique moyenne (left( ext droit))
Hydrogène (ce<_1^1H>) 99.985 1.0078 1.0080
(ce<_1^2H>) 0.015 2.0141
(ce<_1^3H>) négligeable 3.0160
Carbone (ce<_6^<12>C>) 98.89 12.000 12.011
(ce<_6^<13>C>) 1.11 13.003
(ce<_6^<14>C>) trace 14.003
Oxygène (ce<_8^<16>O>) 99.759 15.995 15.999
(ce<_8^<17>O>) 0.037 16.995
(ce<_8^<18>O>) 0.204 17.999
Chlore (ce<_<17>^<35>Cl>) 75.77 34.969 35.453
(ce<_<17>^<37>Cl>) 24.23 36.966
Le cuivre (ce<_<29>^<63>Cu>) 69.17 62.930 63.546
(ce<_<29>^<65>Cu>) 30.83 64.928

Pour certains éléments, un isotope particulier prédomine largement sur les autres isotopes. L'hydrogène naturel est presque entièrement de l'hydrogène-1 et l'oxygène naturel est presque entièrement de l'oxygène-16. Pour de nombreux autres éléments, cependant, plus d'un isotope peut exister en quantités plus importantes. Le chlore (numéro atomique 17) est un gaz toxique vert jaunâtre. Environ les trois quarts de tous les atomes de chlore ont 18 neutrons, ce qui donne à ces atomes un nombre de masse de 35. Environ un quart de tous les atomes de chlore ont 20 neutrons, ce qui donne à ces atomes un nombre de masse de 37. Deviez-vous simplement calculer la moyenne arithmétique du précis masses atomiques, vous auriez 36.

Il est clair que la masse atomique moyenne réelle de la dernière colonne du tableau est nettement inférieure. Pourquoi? Nous devons prendre en compte le pourcentage d'abondance naturelle de chaque isotope, afin de calculer le moyenne pondérée. La masse atomique d'un élément est la moyenne pondérée des masses atomiques des isotopes naturels de cet élément. L'exemple de problème ci-dessous montre comment calculer la masse atomique du chlore.

Utilisez les masses atomiques de chacun des deux isotopes du chlore ainsi que le pourcentage d'abondance naturelle respectif pour calculer la masse atomique moyenne du chlore.

Étape 1 : Listez les quantités connues et inconnues et planifiez le problème.

  • Chlore-35 : masse atomique (= 34,969 : ext) et pourcentage d'abondance (= 75,77\%)
  • Chlore-37 : masse atomique (= 36,966 : ext) et pourcentage d'abondance (= 24,23\%)

Changez chaque pourcentage d'abondance sous forme décimale en divisant par 100. Multipliez cette valeur par la masse atomique de cet isotope. Additionnez pour chaque isotope pour obtenir la masse atomique moyenne.

[commencer exte & 0.7577 imes 34.969 = 26.50 : ext exte & 0.2423 imes 36.966 = 8.957 : ext exte & 26,50 + 8,957 = 35,46 : ext finir]

Remarque : L'application des règles relatives aux chiffres significatifs donne le (35.45 : ext) résultat sans erreur d'arrondi excessive. En une seule étape :

[left( 0.7577 imes 34.969 ight) + left(0.2423 imes 36.966 ight) = 35.46 : ext]

Étape 3 : Réfléchissez à votre résultat.

La masse atomique moyenne calculée est plus proche de 35 que de 37 car un pourcentage plus élevé d'atomes de chlore naturels a le nombre de masse de 35. Il est en accord avec la valeur du tableau ci-dessus.


Pourquoi les atomes sont-ils importants ?

Les atomes sont importants car ils forment les éléments de base de toute la matière visible dans l'univers. Il existe 92 types d'atomes dans la nature, et d'autres types d'atomes peuvent être fabriqués en laboratoire. Les différents types d'atomes sont appelés éléments.

L'hydrogène, l'or et le fer sont des exemples d'éléments composés de types uniques d'un seul type d'atome. Les atomes peuvent également se combiner dans des proportions fixes pour former des molécules. L'eau est une molécule composée de deux atomes d'hydrogène et d'un seul atome d'oxygène liés ensemble.

Les atomes sont composés de particules encore plus petites appelées neutrons, protons et électrons. Les neutrons et les protons ont des charges positives et sont très gros et lourds par rapport aux électrons. Ces deux particules existent dans le noyau de l'atome, qui est situé en son centre. La majorité de la masse de l'atome est située dans le noyau.

Les électrons tournent autour du noyau atomique de la même manière que la Terre tourne autour du soleil. Les électrons peuvent stocker de l'énergie dans le mouvement de ces électrons autour du noyau. Cette énergie chimique permet à l'atome de participer à des réactions chimiques pour former des composés. Les électrons peuvent tirer de l'énergie de la lumière, s'éloignant plus loin de l'atome. Lorsqu'ils sautent en arrière, ils peuvent se débarrasser de cette énergie supplémentaire en émettant leur propre lumière.


Science 19 Avr 2019 : 228-229 Accès complet Accès restreint

Des quantités infimes de samarium améliorent considérablement les matériaux utilisés en imagerie sonar et ultrasonore

Science 19 Avr 2019 : 230-231 Accès complet Accès restreint

Les données d'astéroïdes de la mission Hayabusa2 soutiennent l'évolution collisionnelle d'un corps vierge

Par Jacob de Boer , Heather M. Stapleton

Science 19 Avr 2019 : 231-232 Accès complet Accès restreint

L'utilisation de retardateurs de flamme halogénés se poursuit malgré les problèmes de santé et d'environnement

Par Magnus Berggren, George G. Malliaras

Science 19 Avr 2019 : 233-234 Accès complet Accès restreint

Pour optimiser les appareils, les étapes élémentaires de stockage ou de transfert de charge doivent être identifiées

Par Hannah R. Kempton, Lei S. Qi

Science 19 Avr 2019 : 234-236 Accès complet Accès restreint

La détection de mutations involontaires pourrait améliorer les stratégies d'édition de l'ADN

Par Alexander C. Huk, Eric Hart

Science 19 Avr 2019 : 236-237 Accès complet Accès restreint

Des enregistrements neuronaux à grande échelle révèlent que l'activité cérébrale est liée au comportement

Par John Gerhart, Thoru Pederson

Science 19 Avr 2019 : 238 Accès complet Accès restreint

Innovateur en régulation cellulaire et biologie du cancer


Des liaisons covalentes

Une autre façon de satisfaire la règle de l'octet est le partage des électrons entre les atomes pour former des liaisons covalentes. Ces liaisons sont plus fortes et beaucoup plus courantes que les liaisons ioniques dans les molécules des organismes vivants. Les liaisons covalentes se trouvent couramment dans les molécules organiques à base de carbone, telles que notre ADN et nos protéines. Des liaisons covalentes sont également présentes dans les molécules inorganiques comme H2O, CO2, et O2. Une, deux ou trois paires d'électrons peuvent être partagées, créant respectivement des liaisons simples, doubles et triples. Plus il y a de liaisons covalentes entre deux atomes, plus leur connexion est forte. Ainsi, les triples liaisons sont les plus fortes.

La force des différents niveaux de liaison covalente est l'une des principales raisons pour lesquelles les organismes vivants ont du mal à acquérir de l'azote à utiliser dans la construction de leurs molécules, même si l'azote moléculaire, N2, est le gaz le plus abondant dans l'atmosphère. L'azote moléculaire est constitué de deux atomes d'azote triplement liés l'un à l'autre et, comme pour toutes les molécules, le partage de ces trois paires d'électrons entre les deux atomes d'azote permet le remplissage de leurs couches électroniques externes, rendant la molécule plus stable que l'individu. atomes d'azote. Cette forte triple liaison rend difficile pour les systèmes vivants de séparer cet azote afin de l'utiliser comme constituants des protéines et de l'ADN.

La formation de molécules d'eau fournit un exemple de liaison covalente. Les atomes d'hydrogène et d'oxygène qui se combinent pour former des molécules d'eau sont liés entre eux par des liaisons covalentes. L'électron de l'hydrogène partage son temps entre la couche externe incomplète des atomes d'hydrogène et la couche externe incomplète des atomes d'oxygène. Pour remplir complètement la couche externe d'oxygène, qui a six électrons dans sa couche externe mais qui serait plus stable avec huit, deux électrons (un de chaque atome d'hydrogène) sont nécessaires : d'où la formule bien connue H2O. Les électrons sont partagés entre les deux éléments pour remplir l'enveloppe externe de chacun, rendant les deux éléments plus stables.

Regardez cette courte vidéo pour voir une animation de la liaison ionique et covalente.


Liaisons covalentes polaires

Il existe deux types de liaisons covalentes : polaires et non polaires. Dans un liaison covalente polaire, illustré à la figure 2, les électrons sont inégalement partagés par les atomes et sont plus attirés par un noyau que par l'autre. En raison de la répartition inégale des électrons entre les atomes de différents éléments, un légèrement positif (??+) ou légèrement négatif (??–) la charge se développe. Cette charge partielle est une propriété importante de l'eau et explique bon nombre de ses caractéristiques.

L'eau est une molécule polaire, les atomes d'hydrogène acquièrent une charge positive partielle et l'oxygène une charge négative partielle. Cela se produit parce que le noyau de l'atome d'oxygène est plus attrayant pour les électrons des atomes d'hydrogène que le noyau d'hydrogène ne l'est pour les électrons de l'oxygène. Ainsi, l'oxygène a une plus grande électronégativité que l'hydrogène et les électrons partagés passent plus de temps à proximité du noyau d'oxygène qu'à proximité du noyau des atomes d'hydrogène, donnant aux atomes d'oxygène et d'hydrogène des charges légèrement négatives et positives, respectivement. Une autre façon de dire cela est que la probabilité de trouver un électron partagé près d'un noyau d'oxygène est plus probable que de le trouver près d'un noyau d'hydrogène. Dans tous les cas, l'électronégativité relative de l'atome contribue au développement de charges partielles chaque fois qu'un élément est significativement plus électronégatif que l'autre, et les charges générées par ces liaisons polaires peuvent ensuite être utilisées pour la formation de liaisons hydrogène basées sur l'attraction de charges partielles opposées. (Les liaisons hydrogène, qui sont discutées en détail ci-dessous, sont des liaisons faibles entre des atomes d'hydrogène légèrement chargés positivement et des atomes légèrement chargés négativement dans d'autres molécules.) Étant donné que les macromolécules contiennent souvent des atomes qui diffèrent par leur électronégativité, des liaisons polaires sont souvent présentes dans les molécules organiques. .

Liaisons covalentes non polaires

Figure 2. Le fait qu'une molécule soit polaire ou non polaire dépend à la fois du type de liaison et de la forme moléculaire. L'eau et le dioxyde de carbone ont tous deux des liaisons covalentes polaires, mais le dioxyde de carbone est linéaire, de sorte que les charges partielles sur la molécule s'annulent.

Liaisons covalentes non polaires forme entre deux atomes d'un même élément ou entre des éléments différents qui partagent des électrons de manière égale. Par exemple, l'oxygène moléculaire (O2) est non polaire car les électrons seront également répartis entre les deux atomes d'oxygène.

Un autre exemple de liaison covalente non polaire est le méthane (CH4), également illustré à la figure 2. Le carbone a quatre électrons dans sa couche la plus externe et en a besoin de quatre de plus pour la remplir. Il obtient ces quatre à partir de quatre atomes d'hydrogène, chaque atome en fournissant un, créant une enveloppe externe stable de huit électrons. Le carbone et l'hydrogène n'ont pas la même électronégativité mais sont similaires, ainsi, des liaisons non polaires se forment. Les atomes d'hydrogène ont chacun besoin d'un électron pour leur enveloppe la plus externe, qui est remplie lorsqu'elle contient deux électrons. Ces éléments partagent les électrons également entre les atomes de carbone et d'hydrogène, créant une molécule covalente non polaire.

Regardez cette vidéo pour une autre explication des liaisons covalentes et de leur formation :


Atomes à empreinte mécanique dans la céramique ferroélectrique

Les électrocéramiques telles que les condensateurs sont des composants essentiels des appareils électroniques. Intervenir dans leur structure cristalline peut modifier des propriétés spécifiques. Ainsi, par exemple, des méthodes chimiques peuvent être utilisées pour remplacer des atomes individuels dans le réseau cristallin par d'autres. Une forme stable peut être créée en remplaçant toute une série d'atomes plutôt qu'un seul. Une équipe internationale de chercheurs sous la direction de la TU Darmstadt a, pour la première fois, réussi à insérer une dislocation dans une céramique ferroélectrique en imprimant mécaniquement les atomes dans le matériau - une procédure qui jusqu'à présent n'a été utilisée que dans les métaux. Les résultats ont été publiés dans Science, la célèbre revue.

Le marché mondial de l'électrocéramique est de l'ordre de 25 milliards d'euros par an. Ces très petits composants ne sont souvent même pas perçus dans la vie quotidienne. Un smartphone contient à lui seul 600 condensateurs, dont 3 000 milliards – soit 3 000 milliards – fabriqués chaque année. Le fonctionnement de nombreux électrocéramiques n'est pas basé sur le flux de courant à travers le matériau, mais sur de petites dislocations de charge, appelées polarisation, sur des fractions d'un diamètre atomique. Environ un quart des électrocéramiques produites dans le monde relient cette polarisation à une extension du matériau, qui à son tour peut être ajustée à la précision d'un diamètre atomique. Ce n'est qu'alors que des composants informatiques et des microrobots de plus en plus petits peuvent être structurés.

Remplacement des séries atomiques dans l'atome

Les propriétés de l'électrocéramique peuvent être améliorées en utilisant des interventions chimiques pour remplacer des atomes individuels dans le réseau cristallin de forme régulière par d'autres (dotation) - un peu comme assis un seul fan du Borussia Dortmund dans un maillot noir et jaune dans un cinéma plein de Les fans du FC Bayern Munich en hauts rouges. Cependant, là où il y a des exigences particulières, comme une température ou une tension électrique plus élevée, l'atome doté perdrait sa place (le ventilateur serait poussé), au détriment de la fonction de la céramique.

Monocristal avec reflets de domaine au soleil couchant. Crédit : Marion Höfling

L'installation d'atomes individuels dans un réseau cristallin céramique n'est pas assez stable pour des exigences complexes, mais l'installation de séries atomiques entières (déplacement) est robuste. Dans l'exemple du football, cela correspondrait à une rangée de fans du Borussia parmi les fans du Bayern. Les scientifiques des matériaux de trois groupes de travail de la TU Darmstadt coopèrent avec des groupes de recherche de Suisse, des Pays-Bas et des États-Unis dans la recherche sur ces déplacements.

Nouveaux atomes, nouvelles propriétés

« Les méthodes chimiques ne suffisent plus pour les déplacements planifiés », explique le professeur Jürgen Rödel, chef du groupe de recherche sur les matériaux inorganiques non métalliques à la TU Darmstadt. Au lieu de cela, les chercheurs ont réussi à réaliser le déplacement mécaniquement. Ils ont utilisé un processus dans lequel les céramiques sont déformées mécaniquement dans des conditions de pression et de température contrôlées afin que le déplacement puisse être imprimé dans la céramique. Une telle approche est banale avec les métaux, mais jusqu'à présent, elle était largement considérée comme impossible avec la céramique en raison de leur énorme dureté. De plus, la surface de la céramique est extrêmement cassante et peut facilement se briser. Afin de surmonter ces obstacles, les scientifiques ont réalisé une empreinte mécanique à 1150 degrés Celsius dans un monocristal de l'orientation optimisée précédemment calculée.

Cette méthode permet désormais un champ bien ordonné de lignes atomiques nouvellement occupées. Ces séries contrôlent la polarisation locale, la dislocation de charge, dans le matériau. Comme la série imprimée limite clairement la polarisation, elle ne peut pas perdre de structure même dans des conditions de fonctionnement très élevées. Dans le fonctionnement de l'électrocéramique, les zones matérielles désormais délimitées par la série (déplacements) reprennent certains déplacements de charge en continuant avec l'analogie avec le football, c'est comme si les supporters du Bayern se penchaient en avant ou sur le côté par tronçons. Comme ces zones de matériau ne changent pas dans des conditions élevées, aucune énergie n'est convertie par frottement interne et le comportement du matériau reste stable.

Ces matériaux permettent désormais de garantir des propriétés constantes même à des températures élevées et avec une consommation d'énergie accrue. Parallèlement, les chercheurs abordent la réduction des coûts nécessaire pour assurer les déplacements au moyen de plusieurs options d'impression mécanique.

Référence : “Contrôle de la polarisation dans les ferroélectriques en vrac par empreinte de dislocation mécanique” par Marion Höfling, Xiandong Zhou, Lukas M. Riemer, Enrico Bruder, Binzhi Liu, Lin Zhou, Pedro B. Groszewicz, Fangping Zhuo, Bai-Xiang Xu, Karsten Durst, Xiaoli Tan, Dragan Damjanovic, Jurij Koruza et Jürgen Rödel, 28 mai 2021, Science.
DOI : 10.1126/science.abe3810

Projet Reinhart Koselleck

La DFG a doté la « Recherche sur les déplacements en céramique » en tant que projet Reinhart Koselleck de 1,25 million d'euros pour cinq ans. Le programme vise la liberté pour des recherches particulièrement innovantes et - au sens positif - risquées, et honore ainsi des scientifiques de grande renommée. C'est la première fois que le professeur Jürgen Rödel sollicite ce type de soutien DFG pour la TU Darmstadt. Dans les domaines adjacents du transport de charges et de l'augmentation de la fiabilité des céramiques (céramiques ductiles), il y a déjà eu plusieurs publications de haut niveau et les premières demandes de brevet pour son projet. Le nombre de partenaires de recherche internationaux augmente actuellement très rapidement, et comprend également des équipes en Angleterre, en Chine et au Japon notamment.


4.19 - 4.22 Alcanes

La série des Alcanes est une famille d'hydrocarbures. Le nom technique de cette sorte de "famille" est une "série homologue". Les molécules d'alcane contiennent uniquement des atomes d'hydrogène et de carbone.

La formule générale des alcanes est CmH2n+2

Connaissances de base supposées

4.1 - 4.7 Chimie organique

4.7 - 4.9 Pétrole brut

4.19- 4.21 Activité 1. De un à dix

Les étudiants doivent :

  • 4.19 connaître la formule générale des alcanes
  • 4.20 expliquer pourquoi les alcanes sont classés comme hydrocarbures saturés
  • 4.21 comprendre comment dessiner les formules structurelles et affichées pour les alcanes contenant jusqu'à cinq atomes de carbone dans la molécule, et nommer les isomères à chaîne non ramifiée

Utilisez les 3 premières minutes et 20 secondes de la vidéo ici pour vous aider à répondre aux questions ci-dessous :

  1. Pourquoi les alcanes sont-ils considérés comme des hydrocarbures saturés ?
  2. Combien de liaisons covalentes un atome de carbone doit-il former pour devenir stable ?
  3. Comment appelle-t-on aussi le méthane ?
  4. A quoi sert le méthane ?
  5. Quelle est la formule de l'éthane ?
  6. Quelle est la formule du pentane ?
  7. Et Décane ?
  8. quelle est la formule générale des alcanes ?
  1. Les alcanes sont considérés comme des hydrocarbures saturés car ils n'ont que des liaisons simples entre leurs atomes de carbone.
  2. Un atome de carbone doit-il former quatre liaisons pour devenir stable ?
  3. Le méthane également connu sous le nom de gaz naturel
  4. Le méthane est utilisé pour le chauffage et la cuisson
  5. La formule de l'éthane est C2H6
  6. La formule du pentane est C 5 H12
  7. La formule de Decane est C 10 H22
  8. La formule générale des alcanes est C m H2n+2

4.22 Activité 2. Le temps d'un remplacement

Les étudiants doivent :

  • 4.22 décrire les réactions des alcanes avec les halogènes en présence de rayonnement ultraviolet, limité à la mono-substitution la connaissance des mécanismes de réaction n'est pas requise

Ici, nous regardons la façon dont les alcanes réagissent avec les halogènes (par exemple le chlore Cl2). Lorsque le chlore est mélangé avec du méthane ( CH4 ) rien ne se passe tant que le mélange n'est pas irradié avec un rayonnement ultraviolet.


Les points quantiques maintiennent les atomes espacés pour stimuler la catalyse

Les ingénieurs de l'Université Rice ont dirigé le développement d'un processus qui utilise des points quantiques de graphène fonctionnalisés pour piéger les métaux de transition pour une catalyse à atome unique à charge métallique plus élevée. Crédit : Wang Group/Rice University

Attends, graphène. Sérieusement, votre adhérence pourrait aider à faire de meilleurs catalyseurs.

Les ingénieurs de l'Université Rice ont rassemblé ce qui, selon eux, pourrait transformer la catalyse chimique en augmentant considérablement le nombre d'atomes uniques de métaux de transition pouvant être placés dans un porteur de carbone.

La technique utilise des points quantiques de graphène (GQD), des particules de 3 à 5 nanomètres du matériau de carbone 2D ultra-résistant, comme supports d'ancrage. Ceux-ci facilitent les atomes simples de métaux de transition à haute densité avec suffisamment d'espace entre les atomes pour éviter l'agglutination.

Une équipe internationale dirigée par l'ingénieur chimiste et biomoléculaire Haotian Wang de la Brown School of Engineering de Rice et Yongfeng Hu de Canadian Light Source à l'Université de la Saskatchewan, au Canada, a détaillé les travaux en Chimie de la Nature.

Ils ont prouvé la valeur de leur synthèse générale de catalyseurs à un seul atome à forte charge métallique en fabriquant un catalyseur au nickel amélioré par GQD qui, dans un test de réaction, a montré une amélioration significative de la réduction électrochimique du dioxyde de carbone par rapport à un catalyseur de chargement de nickel.

Wang a déclaré que les métaux nobles coûteux comme le platine et l'iridium sont largement étudiés par la communauté des catalyseurs à atome unique dans le but de réduire la masse nécessaire aux réactions catalytiques. Mais les métaux sont difficiles à manipuler et constituent généralement une petite partie, 5 à 10 % en poids ou moins, du catalyseur global, y compris les matériaux de support.

En revanche, le laboratoire Wang a obtenu des charges de métaux de transition dans un catalyseur à un seul atome d'iridium allant jusqu'à 40 % en poids, soit 3 à 4 atomes de métal uniques espacés pour cent atomes de carbone du substrat. (C'est parce que l'iridium est beaucoup plus lourd que le carbone.)

"Ce travail est axé sur une question fondamentale mais très intéressante que nous nous posons toujours : combien d'atomes individuels de plus pouvons-nous charger sur un support de carbone et ne pas aboutir à une agrégation ?" a déclaré Wang, dont le laboratoire se concentre sur la catalyse écoénergétique de produits chimiques précieux.

"Lorsque vous réduisez la taille des matériaux en vrac en nanomatériaux, la surface augmente et l'activité catalytique s'améliore", a-t-il déclaré. "In recent years, people have started to work on shrinking catalysts to single atoms to present better activity and better selectivity. The higher loading you reach, the better performance you could achieve."

"Single atoms present the maximum surface area for catalysis, and their physical and electronic properties are very different compared to bulk or nanoscale systems," he said. "In this study, we wanted to push the limit of how many atoms we can load onto a carbon substrate."

He noted that the synthesis of single-atom catalysts has to now been a "top-down" or "bottom-up" process. The first requires making vacancies in carbon sheets or nanotubes for metal atoms, but because the vacancies are often too large or not uniform, the metals can still aggregate. The second involves annealing metal and other organic precursors to "carbonize" them, but the metals still tend to cluster.

The new process takes a middle approach by synthesizing GQDs functionalized with amine linkers and then pyrolyzing them with the metal atoms. The amines crosslink with the metal ions and keep them spread out, maximizing their availability to catalyze reactions.

"The maximum appears to be about 3-4 atomic percent using this approach," Wang said. "Future challenges include how to further increase the density of single atoms, ensure high stability for real applications and scale up their synthesis processes."


Voir la vidéo: Covid-19 Моделирование эпидемии (Février 2023).