56 première partie La chimie de la vie
4. La concentration de la ghréline, une hormone qui
stimule l’appétit, est d’environ 1,3 3 10
210
mol/L
chez une personne à jeun. Combien y atil de
molécules de ghréline dans 1 L de sang ?
5.
et sI ?
Le gerris, plus connu sous le nom de
patineur (Gerris paludium), se déplace rapidement
à la surface de l’eau grâce à ses pattes recouvertes
d’une substance hydrophobe. Quel en est l’avantage ?
Qu’arriveraitil si la substance était hydrophile ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept 3.3
Les conditions acides ou basiques
influent sur les organismes vivants
Il arrive parfois qu’un atome d’hydrogène mis en commun
par deux molécules d’eau (liaison hydrogène) se déplace
d’une molécule à l’autre. Lorsque cela se produit, l’atome
d’hydrogène abandonne son électron, et l’élément transféré
est un seul proton portant une charge de 11, ou ion hydrogène (H
1
). La molécule d’eau qui perd un proton devient
un ion hydroxyde (OH
2
), dont la charge est de 12. Le proton se lie à l’autre molécule d’eau, formant ainsi un ion
hydronium (ou ion oxonium, H 3 O
1
). On peut représenter
cette réaction chimique de la façon suivante :
H O
O
H
H
H
H
O H
O
H
<
Ion hydronium
(H 3 O
)
2 H 2 O
Ion hydroxyde
(OH
<
)
H
Dans ce manuel, nous suivons la convention selon
laquelle H
1
(l’ion hydrogène) représente H 3 O
1
(l’ion hydronium). Notez bien cependant que H
1
n’existe pas seul dans
une solution aqueuse. Il est toujours associé avec une autre
molécule d’eau sous la forme H 3 O
1
.
Comme l’indique la flèche double, il s’agit d’une réaction
réversible. Celleci atteint un état d’équilibre dynamique
lorsque l’eau se dissocie à la même vitesse qu’elle se reforme
à partir de H
1
et de OH
2
. Au point d’équilibre, la concentration des molécules d’eau excède énormément celles de H
1
et de OH
2
. Dans l’eau pure, seulement une molécule d’eau
sur 554 millions se dissocie ; la concentration molaire volumique de chaque ion contenu dans de l’eau pure est de
10
27
mol/L (à 25 °C). Cela signifie qu’un litre d’eau pure
contient un dix millionième de mole de protons et un nombre
égal d’ions hydroxyde.
Bien qu’elle soit réversible et rare sur le plan statistique, la
dissociation de l’eau joue un rôle crucial dans la chimie de la
vie. H
1
et OH
2
sont très réactifs. Une variation de leur concentration peut affecter dramatiquement les protéines et les autres
molécules complexes d’une cellule. Comme nous l’avons vu,
les concentrations de H
1
et de OH
2
sont égales dans l’eau
pure, mais l’ajout d’acides ou de bases perturbe cet équilibre.
On utilise une échelle de pH pour décrire le degré d’acidité
ou de basicité (alcalinité) d’une solution. Dans cette dernière
partie du chapitre, vous en apprendrez davantage sur les acides,
les bases et le pH ; vous saurez également pourquoi une variation du pH peut porter atteinte aux orga nismes vivants.
Les acides et les bases
Qu’estce qui peut provoquer un déséquilibre dans les
concentrations des ions H
1
et OH
2
en solution aqueuse ?
Lorsqu’ils se dissolvent dans de l’eau, les acides augmentent
le nombre des ions H
1
. Un acide est une substance qui
accroît la concentration des protons d’une solution. Par
exemple, quand on met du chlorure d’hydrogène (HCl) dans
de l’eau, les protons et les ions chlorure se dissocient :
HCl
H
Cl
→
ϩ
Ϫ
ϩ
Cette deuxième source de H
1
(la dissociation de l’eau en est
la première) fournit un plus grand nombre d’ions H
1
que
d’ions OH
2
.
Inversement, une substance qui réduit la concentration
des protons d’une solution est une base. Certaines bases
réduisent la concentration des ions H
1
en les acceptant directement. Par exemple, l’ammoniac (NH 3 ) agit comme une
base quand le doublet d’électrons libres du dernier niveau
énergétique de l’azote attire un proton de la solution, ce qui
donne un ion ammonium (NH 4
1
) :
NH
H
NH
3
4
1
1
1
D’autres bases réduisent indirectement la concentration des
protons en se dissociant pour former des ions hydroxyde. Ces
derniers se combinent avec les protons de la solution pour
former de l’eau. L’hydroxyde de sodium (NaOH) est une base
qui agit de cette façon ; elle se dissocie en ions dans l’eau :
NaOH
Na
OH
–
→
ϩ ϩ
Dans les deux cas, la base fait diminuer la concentration de
H
1
. Une solution dont la concentration de OH
2
est plus élevée que celle de H
1
est dite basique. Une solution dont les
concentrations molaires volumiques de H
1
et de OH
2
s’équivalent est dite neutre.
Remarquez le type et le sens des flèches indiquant le sens
dans lequel se déroulent les réactions. Les flèches simples
dans les réactions où interviennent HCl et NaOH indiquent
que ces composés se dissocient complètement quand on les
mélange à de l’eau. Donc, le chlorure d’hydrogène est un acide
fort, et l’hydroxyde de sodium, une base forte. Par contre, les
flèches doubles de la réaction avec NH 3 indiquent que la
liaison ou la libération du proton sont réversibles : l’ammoniac
est une base relativement faible. En conséquence, à l’équilibre,
le rapport entre NH 4
1
et NH 3 est constant.
Il existe également des acides faibles, qui libèrent puis
acceptent à nouveau des protons. L’acide carbonique en est
un exemple :
H CO
HCO
H
2
3
3
Ϫ
ϩ
ϩ
Acide
Ion
Proton
carbonique
hydrogénocarbonate
4. La concentration de la ghréline, une hormone qui
stimule l’appétit, est d’environ 1,3 3 10
210
mol/L
chez une personne à jeun. Combien y atil de
molécules de ghréline dans 1 L de sang ?
5.
et sI ?
Le gerris, plus connu sous le nom de
patineur (Gerris paludium), se déplace rapidement
à la surface de l’eau grâce à ses pattes recouvertes
d’une substance hydrophobe. Quel en est l’avantage ?
Qu’arriveraitil si la substance était hydrophile ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept 3.3
Les conditions acides ou basiques
influent sur les organismes vivants
Il arrive parfois qu’un atome d’hydrogène mis en commun
par deux molécules d’eau (liaison hydrogène) se déplace
d’une molécule à l’autre. Lorsque cela se produit, l’atome
d’hydrogène abandonne son électron, et l’élément transféré
est un seul proton portant une charge de 11, ou ion hydrogène (H
1
). La molécule d’eau qui perd un proton devient
un ion hydroxyde (OH
2
), dont la charge est de 12. Le proton se lie à l’autre molécule d’eau, formant ainsi un ion
hydronium (ou ion oxonium, H 3 O
1
). On peut représenter
cette réaction chimique de la façon suivante :
H O
O
H
H
H
H
O H
O
H
<
Ion hydronium
(H 3 O
)
2 H 2 O
Ion hydroxyde
(OH
<
)
H
Dans ce manuel, nous suivons la convention selon
laquelle H
1
(l’ion hydrogène) représente H 3 O
1
(l’ion hydronium). Notez bien cependant que H
1
n’existe pas seul dans
une solution aqueuse. Il est toujours associé avec une autre
molécule d’eau sous la forme H 3 O
1
.
Comme l’indique la flèche double, il s’agit d’une réaction
réversible. Celleci atteint un état d’équilibre dynamique
lorsque l’eau se dissocie à la même vitesse qu’elle se reforme
à partir de H
1
et de OH
2
. Au point d’équilibre, la concentration des molécules d’eau excède énormément celles de H
1
et de OH
2
. Dans l’eau pure, seulement une molécule d’eau
sur 554 millions se dissocie ; la concentration molaire volumique de chaque ion contenu dans de l’eau pure est de
10
27
mol/L (à 25 °C). Cela signifie qu’un litre d’eau pure
contient un dix millionième de mole de protons et un nombre
égal d’ions hydroxyde.
Bien qu’elle soit réversible et rare sur le plan statistique, la
dissociation de l’eau joue un rôle crucial dans la chimie de la
vie. H
1
et OH
2
sont très réactifs. Une variation de leur concentration peut affecter dramatiquement les protéines et les autres
molécules complexes d’une cellule. Comme nous l’avons vu,
les concentrations de H
1
et de OH
2
sont égales dans l’eau
pure, mais l’ajout d’acides ou de bases perturbe cet équilibre.
On utilise une échelle de pH pour décrire le degré d’acidité
ou de basicité (alcalinité) d’une solution. Dans cette dernière
partie du chapitre, vous en apprendrez davantage sur les acides,
les bases et le pH ; vous saurez également pourquoi une variation du pH peut porter atteinte aux orga nismes vivants.
Les acides et les bases
Qu’estce qui peut provoquer un déséquilibre dans les
concentrations des ions H
1
et OH
2
en solution aqueuse ?
Lorsqu’ils se dissolvent dans de l’eau, les acides augmentent
le nombre des ions H
1
. Un acide est une substance qui
accroît la concentration des protons d’une solution. Par
exemple, quand on met du chlorure d’hydrogène (HCl) dans
de l’eau, les protons et les ions chlorure se dissocient :
HCl
H
Cl
→
ϩ
Ϫ
ϩ
Cette deuxième source de H
1
(la dissociation de l’eau en est
la première) fournit un plus grand nombre d’ions H
1
que
d’ions OH
2
.
Inversement, une substance qui réduit la concentration
des protons d’une solution est une base. Certaines bases
réduisent la concentration des ions H
1
en les acceptant directement. Par exemple, l’ammoniac (NH 3 ) agit comme une
base quand le doublet d’électrons libres du dernier niveau
énergétique de l’azote attire un proton de la solution, ce qui
donne un ion ammonium (NH 4
1
) :
NH
H
NH
3
4
1
1
1
D’autres bases réduisent indirectement la concentration des
protons en se dissociant pour former des ions hydroxyde. Ces
derniers se combinent avec les protons de la solution pour
former de l’eau. L’hydroxyde de sodium (NaOH) est une base
qui agit de cette façon ; elle se dissocie en ions dans l’eau :
NaOH
Na
OH
–
→
ϩ ϩ
Dans les deux cas, la base fait diminuer la concentration de
H
1
. Une solution dont la concentration de OH
2
est plus élevée que celle de H
1
est dite basique. Une solution dont les
concentrations molaires volumiques de H
1
et de OH
2
s’équivalent est dite neutre.
Remarquez le type et le sens des flèches indiquant le sens
dans lequel se déroulent les réactions. Les flèches simples
dans les réactions où interviennent HCl et NaOH indiquent
que ces composés se dissocient complètement quand on les
mélange à de l’eau. Donc, le chlorure d’hydrogène est un acide
fort, et l’hydroxyde de sodium, une base forte. Par contre, les
flèches doubles de la réaction avec NH 3 indiquent que la
liaison ou la libération du proton sont réversibles : l’ammoniac
est une base relativement faible. En conséquence, à l’équilibre,
le rapport entre NH 4
1
et NH 3 est constant.
Il existe également des acides faibles, qui libèrent puis
acceptent à nouveau des protons. L’acide carbonique en est
un exemple :
H CO
HCO
H
2
3
3
Ϫ
ϩ
ϩ
Acide
Ion
Proton
carbonique
hydrogénocarbonate