Réactivité chimique 2

UE 1 : Réactivité chimique 2
Ordre 0 :
t(minutes)
[A]mol.dm-3
60
0,1
120
0,08
!t
Temps de demi réaction : [A] = 1/2 [A0]
[A] = ½[A0]
Lʼunité de k sera en concentration/temps.
t(1/2)
!
Ordre 1 : temps de demi
temps [A] = 1/2 [A0]
= f(réaction
)
e [cc]
180
0,06
!t
t½
t(1/2), il ne dépend pas de la
mm
concentration
diagra de départ en ordre 1 . t1/2 = ln2/k
6
La température influe sur la vitesse dʼune réaction chimique (la constante de vitesse
dépend de la température). (Notion de conservation des aliments, médicaments, produits
de santé ...). Lʼabaissement de la T va avoir tendance a ralentir la vitesse de la réaction.
Ch Jarry
Aspect descriptif de la réactivité chimique
Réactif → produits
chimie = science expérimentale
Une réaction chimique permet dʼobtenir, en particulier, un (des) composés nouveaux.
S(2-) aq → 2e- + Ss↓
La réactivité chimique correspond à la rupture et à la formation de liaisons chimique
ΔrG
La réactivité dʼune espèce chimique est directement reliée (fonction de) à sa structure
(configuration) électronique.
La réactivité dʼune espèce chimique concerne ses orbitales périphériques.
Les orbitales périphériques interviennent :
- soit en accueillant des e- provenant dʼautres espèces
- soit en fournissant des e- (périphériques) à dʼautres espèces.
=> périodicité de certaines propriétés chimiques
ex : métaux alcalins : ns1 halogènes np5
famille dʼéléments réactivité comparable
=> Etude descriptive des propriétés chimiques des éléments
O : 1s2 2s2 2p4
H2O
!
H
!
H
! !!
Rapprocher réactivité/structure
O : 1s2 2s2 2p4
3
H2O : +↑↓ ↑↓ hybridation
↑↓ ↑↓sp↑↓
H
H+
hybridation sp3
base
(de Lewis)
H2O→+H3O+
H+ ! H3O+
Base (de Lewis) H2O + H+
doublet non
liant
liaison O-H créée à
partir d'une orbitale
sp3 de O et 1s de H
e O et H ! polarisation de la
re : dissoudre les solutés
Ch Jarry
ogène
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≠ électronégativité entre O et H => polarisation de la liaison O-H
=> solvant polaire : dissoudre les solutés polaires
=> liaisons hydrogène
Rappel : liaisons hydrogène avec les composés mis en solution
Solubilité dans lʼeau (hydrosolubilité)
omposés
olubilité)
Rappel : Les interactions solvant-soluté
13
iaisons inter-moléculaires qui peuvent s’établir entre eux.
sont fonction des liaisons inter-moléculaires qui
peuvent sʼétablir entre eux. Elles dépendent de la structure des molécules.
Solubilité dans lʼeau (hydrolsolubilié)
Chimie bio-inorganique
Ex : inogramme plasmatique (concentrations plasmatiques)
cations et anions
Eléments + ions simples ou composés
azote, calcium, carbone, chlore, fer, hydrogène, magnésium, oxygène, phosphore,
potassium, sodium, soufre ....
hydrophobe ≠ hydrophile
solubilité dans l’eau (hydrosolubilité)
médicament
médicament
Certains éléments sont essentiels pour les etres vivants. Dʼautres sont supposés etre
essentiels.
Mais
H2O a ses propres propriétés chimiques !!
Mais H2O a ses propres
propriétés
!
Réactivité
de H2chimiques
O : auto-ionisation
Réactivité de H2O : auto-ionisation
Ch Jarry
!"#$$$%$$!"#$$$$$$!
!&#% %$$#!'
acide
acide
base
15
!rHionisation > 0
base
Dans cette équation H20 joue le role dʼun acide et dʼune base : comportement amphotère
acido-basique.
Propriétés
chimiques
de équation
H2O
Dans
cette
H2O joue le rôle d’un acide et d’une base :
La notion
de pH : log
[H3O+]
comportement
amphotère
acido-basique
RemarqueComportement
: ΔrHionisation
> 0de=>
T↑ =alors
redox
H2si
O [pH
0] ??
la notion de pH : log[H3O+]
Comportement redox de H20 [pH = 0]
remarque
0 !rHionisation > 0
réduction
H2
!
+Isi; T
-"
II alors ???
oxydation
H2O
0
O2
Dans ce schéma H20 joue le role dʼun oxydant et dʼun réducteur : comportement
amphotère redox.
17
Dans ce schéma H2O joue le rôle d’un oxydant et d’un
réducteur(synthèse)
: comportement
amphotère redox
Formation
de lʼeau
Ch Jarry
H2(g) + 1/2 O2(g) → H20(g)
ΔH°f (H20(g)) ≅242 kJ/mol
- aspect thermodynamique
ΔrH ≅-242 kJ : ΔrS <0 (diminution nb de moles de gaz) <0
à basse température : ΔrG <0
Mais réactif H2 et O2 métastables. Pourquoi ?
- aspect cinétique
Importante énergie dʼactivation de la réaction catalyseur
Ch Jarry
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doublet non
liant
H2O peut générer des liaison (covalente)
dative ou de coordination
AQUA-COMPLEXES : équilibre de complexation
H20 peut générer des liaisons (covalente) dative ou de coordination
AQUA-COMPLEXES
: équilibreles
de complexation
En solution aqueuse
anions et les cations sont solvatés,
En solution
aqueuse
anions
et les cations
sont solvatés, (entourés par des molécules
(entourés
parlesdes
molécules
H2O)
H20).
aquacomplexe : Fe2+ + 6H20 = [Fe(H20)6]2+
complexes : géométrie moléculaire2+
aquacomplexe
Fe + 6 H2Ovont
! pouvoir
[Fe(H2réagir
O)6]2+avec le ligand H20 (BL)
Plus généralement : les ions métalliques (AL)
selon une réaction dʼéquilibre.
H20 est le solvant en biologie, mais H20 est aussi un réactif.
Ex : réaction dʼhydrolyse : réactif(s) + H20 → produit(s)
ex : hydrolyse Phosphore
de lʼATP complexes
géométrie
moléculaire
(Z = 15 A: = 30,97
! isotopes)
0 = 30,97
Phosphore
isotopes)
P:
[Ne] 3s2 (Z
3p=3 15
3dA
état fondamental
P : [Ne] 3s2 3p3 3d10 état fondamental
État «excité»
hybridations possibles
plus généralement : les ions métalliques ( AL) vont pouvoir « réagir » avec le ligand H O (BL)
état « excité » ! hybridations possibles
2
réaction d’équilibre
Ch Jarry
sous
couches 3s 3p 3d
20
selon une
ss couches 3s 3p 3d
hybridation sp3
l’acide orthophosphorique
OH
OH
OH
H3PO4
O
O
OH
P
structure de l’acide orthophosphorique H3PO4
HO
P
OH
OH
OH
HO
O
mésomérie
déshydratation intermoléculaire de H3PO4 ! ATP
Lʼacide phosphorique H3PO4
Désydratation intermoléculaire de H3PO4 => ATP
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Ch Jarry
O
O
P
P
O
HO
HO
OH
HO
OH
reste restent
4 fonctions
acide ATP
→ ATP 44 fonctions
acides
Ch Jarry
O
P
OH
HO
OH
OH
OH
ADENINE
ATP
OH
OH
ATP ! ATP4-(aq)
23
hydrolyse de l’ATP
Hydrolyse de lʼATP
biochimiebiochimie
: catalyse
: enzymatique
catalyse enzymatique
!
ATP + H2O
ADP + Pi
!rG’°
!rG’°< 0
O
O
P
P
-
O
O-
O
O-
O
O
P
OH
ADP3-(aq)
O
ADENINE
OH
HO
O-
O-
HPO42- (aq)
Rappel
: couplage
énergétique
: lʼATPest
est1 1des
desmolécules
moléculesservant
servantde
de «fournisseur
rappel
: couplage
énergétique
: l’ATP
lors
de réactions
réaction dʼhydrolyse
ded’hydrolyse
lʼATP est exergonique
«dʼénergie»
fournisseur
d’énergie
» lorsbiochimiques
de réactions biochimiques
" réaction
24
de
l’ATP est exergonique (#rG°’ < 0
(ΔrG°ʼ<0).
Ch Jarry