42 première partie La chimie de la vie
Le terme ion s’applique également à des molécules entières
qui portent une charge électrique. Dans le cas du chlorure
d’ammonium (NH 4 Cl), par exemple, l’anion est un ion monoatomique chlorure (Cl
2
), mais le cation est l’ion ammonium
(NH 4
1
), un composé formé d’un atome d’azote lié par covalence
à quatre atomes d’hydrogène. L’ion ammonium possède une
charge électrique de 11 parce qu’il lui manque un électron.
L’environnement influe sur la force des liaisons ioniques.
Lorsqu’il est sec, un cristal de sel pur possède des liaisons
telle ment fortes qu’il faut un marteau et un ciseau pour le
casser en morceaux. Cependant, si le même cristal de sel est
dissous dans l’eau, les liaisons ioniques sont beaucoup plus
faibles parce que les interactions avec les molécules d’eau
forment partiellement écran avec chaque ion. Cette observation explique pourquoi la plupart des médicaments sont
fabriqués sous forme de sels : ils sont très stables lorsqu’ils
sont secs, mais ils se dissocient (se séparent) facilement dans
l’eau. Dans le prochain chapitre, vous en apprendrez davantage sur la dissolution des sels dans l’eau.
Les liaisons chimiques faibles
Chez les êtres vivants, les liaisons chimiques les plus fortes
sont les liaisons covalentes unissant des atomes et formant les
molécules d’une cellule. Mais des liaisons intermolécu laires et
intramoléculaires plus faibles sont également indispensables ;
en fait, elles contribuent dans une large mesure aux propriétés
émergentes de la vie. Grâce aux liaisons faibles, de nombreuses
grosses molécules biologiques peuvent maintenir leur forme
tridimensionnelle, responsable de leur fonction. De plus,
lorsqu’elles entrent en contact dans une cellule, deux molécules peuvent s’associer de façon temporaire grâce à des types
de liaisons chimiques faibles. Le caractère réver sible des liaisons
faibles constitue un avantage : deux molécules s’associent, réagissent l’une à l’autre d’une certaine manière, puis se séparent.
Plusieurs types de liaisons chimiques faibles jouent un rôle
important dans les organismes. Mentionnons la liaison ionique,
dont nous venons de parler, et qui existe entre des ions dissociés dans l’eau, ainsi que la liaison hydrogène et les forces de
Van der Waals, qui sont également essentielles à la vie.
La liaison hydrogène
La liaison hydrogène, une liaison chimique faible, est tellement importante pour la vie qu’elle mérite une attention
particulière. La charge partielle positive portée par un atome
d’hydrogène déjà lié par covalence à un atome électronégatif
permet à cet hydrogène de subir l’attraction d’un autre atome
électronégatif. On appelle liaison hydrogène cette attraction
non covalente entre un hydrogène et un atome électroné gatif.
Dans les cellules, les atomes électronégatifs susceptibles de
donner lieu à des liaisons hydrogène sont habituellement
l’oxygène et l’azote. La figure 2.16 illustre le cas simple de la
liaison hydrogène entre l’eau (H 2 O) et l’ammoniac (NH 3 ).
Les forces de Van der Waals
Même une molécule avec des liaisons covalentes non polaires
peut présenter des régions chargées positivement, et d’autres,
négativement. Les électrons ne sont pas
toujours répartis de façon symétrique
dans une telle molécule. Ils peuvent à
tout moment se retrouver rassemblés par
hasard dans l’une ou l’autre de ses parties.
Par conséquent, les régions chargées
positi vement et négativement changent
constamment, ce qui permet à tous les
atomes et à toutes les molécules de
s’attirer mutuellement. Ces forces (ou
interactions) de Van der Waals sont
faibles individuellement et apparaissent
seulement quand les atomes et les molécules sont très proches les uns des autres.
Lorsque de telles interactions se produisent
simultanément, elles peuvent cependant
être puissantes : les forces de Van der Waals
expliquent ainsi la facilité avec laquelle le
lézard gecko (Gekko gecko) (à droite) escalade
les murs. Chaque doigt de ce lézard est recouvert de centaines de milliers de poils minuscules.
L’extrémité des poils est subdivisée en une multitude de projections qui en augmentent la surface.
m Figure 2.15 Le cristal de chlorure de sodium (NaCl). Les ions
sodium (Na
1 ) et les ions chlorure (Cl
2 ) sont maintenus ensemble par
des liaisons ioniques. La formule NaCl nous indique que le rapport entre
les ions Na
1 et Cl
2 est de 1:1.
Cl
−
Na +
m Figure 2.16 La liaison hydrogène.
FAItes un dessIn Dessinez cinq molécules d’eau en utilisant leurs
formules développées et en indiquant les charges partielles. Expliquez
aussi comment elles peuvent établir des liaisons hydrogène entre elles.
O
δ −
δ +
δ +
δ −
δ +
δ +
δ +
N
H
Eau (H 2 O)
H
H
H
H
Ammoniac (NH 3 )
Une liaison hydrogène
résulte de l’attraction
entre la charge partielle
positive sur l’atome
d’hydrogène d’une
molécule d’eau et la
charge partielle négative
sur l’atome d’azote
de l’ammoniac.
Le terme ion s’applique également à des molécules entières
qui portent une charge électrique. Dans le cas du chlorure
d’ammonium (NH 4 Cl), par exemple, l’anion est un ion monoatomique chlorure (Cl
2
), mais le cation est l’ion ammonium
(NH 4
1
), un composé formé d’un atome d’azote lié par covalence
à quatre atomes d’hydrogène. L’ion ammonium possède une
charge électrique de 11 parce qu’il lui manque un électron.
L’environnement influe sur la force des liaisons ioniques.
Lorsqu’il est sec, un cristal de sel pur possède des liaisons
telle ment fortes qu’il faut un marteau et un ciseau pour le
casser en morceaux. Cependant, si le même cristal de sel est
dissous dans l’eau, les liaisons ioniques sont beaucoup plus
faibles parce que les interactions avec les molécules d’eau
forment partiellement écran avec chaque ion. Cette observation explique pourquoi la plupart des médicaments sont
fabriqués sous forme de sels : ils sont très stables lorsqu’ils
sont secs, mais ils se dissocient (se séparent) facilement dans
l’eau. Dans le prochain chapitre, vous en apprendrez davantage sur la dissolution des sels dans l’eau.
Les liaisons chimiques faibles
Chez les êtres vivants, les liaisons chimiques les plus fortes
sont les liaisons covalentes unissant des atomes et formant les
molécules d’une cellule. Mais des liaisons intermolécu laires et
intramoléculaires plus faibles sont également indispensables ;
en fait, elles contribuent dans une large mesure aux propriétés
émergentes de la vie. Grâce aux liaisons faibles, de nombreuses
grosses molécules biologiques peuvent maintenir leur forme
tridimensionnelle, responsable de leur fonction. De plus,
lorsqu’elles entrent en contact dans une cellule, deux molécules peuvent s’associer de façon temporaire grâce à des types
de liaisons chimiques faibles. Le caractère réver sible des liaisons
faibles constitue un avantage : deux molécules s’associent, réagissent l’une à l’autre d’une certaine manière, puis se séparent.
Plusieurs types de liaisons chimiques faibles jouent un rôle
important dans les organismes. Mentionnons la liaison ionique,
dont nous venons de parler, et qui existe entre des ions dissociés dans l’eau, ainsi que la liaison hydrogène et les forces de
Van der Waals, qui sont également essentielles à la vie.
La liaison hydrogène
La liaison hydrogène, une liaison chimique faible, est tellement importante pour la vie qu’elle mérite une attention
particulière. La charge partielle positive portée par un atome
d’hydrogène déjà lié par covalence à un atome électronégatif
permet à cet hydrogène de subir l’attraction d’un autre atome
électronégatif. On appelle liaison hydrogène cette attraction
non covalente entre un hydrogène et un atome électroné gatif.
Dans les cellules, les atomes électronégatifs susceptibles de
donner lieu à des liaisons hydrogène sont habituellement
l’oxygène et l’azote. La figure 2.16 illustre le cas simple de la
liaison hydrogène entre l’eau (H 2 O) et l’ammoniac (NH 3 ).
Les forces de Van der Waals
Même une molécule avec des liaisons covalentes non polaires
peut présenter des régions chargées positivement, et d’autres,
négativement. Les électrons ne sont pas
toujours répartis de façon symétrique
dans une telle molécule. Ils peuvent à
tout moment se retrouver rassemblés par
hasard dans l’une ou l’autre de ses parties.
Par conséquent, les régions chargées
positi vement et négativement changent
constamment, ce qui permet à tous les
atomes et à toutes les molécules de
s’attirer mutuellement. Ces forces (ou
interactions) de Van der Waals sont
faibles individuellement et apparaissent
seulement quand les atomes et les molécules sont très proches les uns des autres.
Lorsque de telles interactions se produisent
simultanément, elles peuvent cependant
être puissantes : les forces de Van der Waals
expliquent ainsi la facilité avec laquelle le
lézard gecko (Gekko gecko) (à droite) escalade
les murs. Chaque doigt de ce lézard est recouvert de centaines de milliers de poils minuscules.
L’extrémité des poils est subdivisée en une multitude de projections qui en augmentent la surface.
m Figure 2.15 Le cristal de chlorure de sodium (NaCl). Les ions
sodium (Na
1 ) et les ions chlorure (Cl
2 ) sont maintenus ensemble par
des liaisons ioniques. La formule NaCl nous indique que le rapport entre
les ions Na
1 et Cl
2 est de 1:1.
Cl
−
Na +
m Figure 2.16 La liaison hydrogène.
FAItes un dessIn Dessinez cinq molécules d’eau en utilisant leurs
formules développées et en indiquant les charges partielles. Expliquez
aussi comment elles peuvent établir des liaisons hydrogène entre elles.
O
δ −
δ +
δ +
δ −
δ +
δ +
δ +
N
H
Eau (H 2 O)
H
H
H
H
Ammoniac (NH 3 )
Une liaison hydrogène
résulte de l’attraction
entre la charge partielle
positive sur l’atome
d’hydrogène d’une
molécule d’eau et la
charge partielle négative
sur l’atome d’azote
de l’ammoniac.