Principes de thermodynamique

1
Principes de thermodynamique

• Les êtres vivants sont le siège dun flux
  constant dénergie.
• Les plantes transforment lénergie du rayonnement
  solaire en énergie chimique contenue dans des
  glucides.
• Les plantes et animaux métabolisent ces
  substances pour la synthèse des biomolécules, le
  maintien de gradients et la contraction
  musculaire.
• Ces processus transforment lénergie en chaleur.

2
La thermodynamique

• Relation entre les différentes formes d énergie
  et la manière dont lénergie influence la
  matière.
• Echelle macroscopique
• La thermodynamique nous permet de déterminer si
  un processus physique ou chimique est possible.

3
La thermodynamique permet de mieux comprendre

• Repliement des macromolécules,
• Fonctionnement des voies métaboliques,
• Passage des molécules à travers des membranes
  biologiques,
• Force mécanique des muscles
• La thermodynamique ne donne pas dinformation sur
  la vitesse dune réaction, mais sur sa
  possibilité oui ou non.

4
Système thermodynamique

• Tout ensemble de molécules
• Une cellule vivante
• Un organisme vivant

• Un système peut être
• ouvert
• fermé
• isolé

Système
Environnement
5
Fonctions détat

• Un système thermodynamique est caractérisé par
  une série de variables qui caractérisent le
  système mathématiquement et physiquement
• Pression (P)
• Température (T)
• Concentration (C)
• Energie (U), Enthalpie (H), Energie libre de
  Gibbs (G)
• Sont toutes des fonctions détat

6
Les fonctions détat sont indépendant du chemin
A ltgt B énergie
Fonction détat 1 A
D
E
C
F
Fonction détat 2 B
7
Premier principe de la themodynamique

• LEnergie se conserve (lénergie ne peut pas être
  ni créée ni détruite)

Energie A B ltgt C D
?U Ufinale - Uinitiale q - w
U énergie (fonction détat) q chaleur reçue
(pas de fonction détat) w travail excercé (pas
de fonction détat)
La loi de conservation de lénergie
8
Via le travail vers lenthalpie

• On définit mathématiquement le travail comme
  w P?V w
• on sait déjà que ?U q - w
• donc qp ?U P?Vqp est
  la chaleur absorbée à pression constante.
• qp, étant la somme de deux fonctions
  détat, est aussi une fonction détat qp ?H ou
  lentalpie
• ?H ?U P?VDans
  la plupart des réactions biochimiques isolées w
  0. Aussi il ny a pas de changement de volume,
  donc ?H et ?U sont en pratique identique

9
Réactions exothermiques et endothermiques

• ?H lt 0 réaction exothermique. La chaleur est
  produite par le système et transférée au milieu
• ?H gt 0 réaction endothermique. La chaleur
  fournie par le milieu est absorbée par le système

10
(No Transcript)
11
LEntropie

• Le second principe de la thermodynamique postule
  que dans tout processus spontané lentropie (S)
  de lunivers (système plus milieu environnant)
  saccroît.
• Lentropie reflète le désordre, le hasard
  statistique
• Quelle que soit la variation que subit le
  système, lentropie de lunivers (système plus
  milieu) doit saccroître. ?Ssystème
  ?Senvironnement ?Sunivers gt 0
• La propension qua lentropie à saccroître est
  la force qui pousse les systèmes à évoluer vers
  leurs équilibres

12
(No Transcript)
13
Organismes vivants

• Les organismes vivants, qui sont
  particulièrement bien ordonnés, atteignent cet
  ordre en provoquant le désordre des nutriments
  quils consomment.

14
lEnergie libre de Gibbs

• Willard Gibbs a proposé une nouvelle fonction
  détat la variation dénergie libre (?G)
  ?G ?H - T?ST température absolue
• Lenergie libre de Gibbs combine le premier et le
  second principe de la thermodynamique

15
Réactions exergoniques et endergoniques

• ?G lt 0 La réaction est spontanée. La réaction
  est exergonique.
• ?G gt 0 La réaction ne peut pas se dérouler
  spontanément. La réaction est endergonique.
• ?G 0 La réaction est en équilibre

16
?G, ?G et ?G

• La ?G dune réaction dépend des conditions de la
  réaction
• ?G état standard 298K (25C), 1 atm,
  réactants à 1M et H 1 M (pH0) (situation
  non-biologique)
• Situation biologique?G pH7,0, H 10-7 M

17
Influence des réactifs sur la valeur de ?G
Pour un réactif A
G G 2,303 RT logA Avec G énergie libre
standard R constante des gaz parfaits
Pour une réaction A B C D ?G ?G
2,303 RT log CD/AB ?G ?G 2,303 RT
log Keq Avec ?G variation dénergie libre
standard Réactifs 1 M Pression (gaz) 1
atmosphère H2O fraction molaire 1 pH 0
(?G) pH 7 (?G)
18
(No Transcript)
19
?G de formation dun réactif est indépendant du
chemin. Les ?G peuvent être mésurés ou calculés
20
Energies libres de référence pour lhydrolyse de
lATP