Physiologie : TD n°3

Structure atomique

Les particules élémentaires qui constituent l’atome sont les protons et les neutrons formant la classe des nucléons et situés dans le noyau de l’atome ainsi que les électrons qui gravitent autour, sur une orbite. Chaque type de particule possède une charge particulière (+1 pour le proton, 0 pour le neutron et -1 pour l’électron). Un atome est électriquement neutre et possède donc autant d’électrons que de protons. Par exemple : ¹²₆C (12 nucléons et 6 électrons, donc 6 protons, donc 6 neutrons). Les éléments chimiques sont classés par leur nombre d’électrons.

Les électrons sont disposés en couches autour du noyau, de la plus proche à la plus éloignée (deux places sur la première couche et 8 places sur les suivantes). La dernière couche est la couche externe. Chaque couche se divise en quatre parties de deux places et les électrons se placent de façon à remplir le plus de parties d’abord avant de la compléter. Si un électron se trouve seul dans une partie, il est dit célibataire. Si un atome possède une couche externe pleine (8 électron en général), celle-ci est donc saturée et l’atome est très stable (gaz rares).

Selon la règle de l’octet, les atomes non stables (dernière couche non saturée) cherchent à le devenir en formant des molécules : liaisons entre atomes. Un donneur d’électron est un atome qui a tendance à perdre des électrons pour devenir stable (moins de quatre électrons sur la couche externe) et, à l’inverse (plus de quatre électrons sur la couche externe) on parle de receveur d’électrons.

On distingue trois types de liaisons :

Liaison ionique :

Liaison faible (qui se brisera dans l’eau). C’est une liaison entre ions, c’est à dire des atomes ayant reçu ou perdu un ou plusieurs électrons (exemple : Na avec un électron sur sa couche externe devient Na⁺ en donnant son électron au Cl, 7 électrons sur la couche externe, qui devient Cl^- pour former une molécule de NaCl en s’attirant mutuellement). Cependant, les électrons restent autour de l’atome dont ils sont issus, d’où la fragilité de cette liaison.

Liaison covalente :

C’est une liaison très forte qui se fait par l’association d’électrons célibataires (exemple du méthane : CH₄ : C a 6 électrons donc 4 électrons sur la couche externe, tous célibataires et H possède un seul électron, célibataire). Cette liaison est forte car les électrons appartiennent à la molécule et forment un nuage électronique (sauf ceux qui forment les liaisons). Un atome est d’autant plus électronégatif qu’il attire les électrons. Dans certaines liaisons covalentes, les électrons se situent donc plus près de certains atomes que d’autres (liaison asymétrique) ce qui forme des molécules polaires (nuage électronique plus important vers certains atomes). Parfois il n’y a pas d’attraction particulière dans la liaison (si les atomes ne sont pas trop électronégatifs : liaison symétrique) et on a alors une molécule apolaire. Les molécules polaires sont hydrophiles et les molécules apolaire, hydrophobes (car l’eau est polaire, avec O comme pôle négatif et les H comme pôles positifs).

Liaison hydrogène :

Liaison relativement faible qui se fait entre molécules par attraction de pôles opposés (par exemple entre le pôle négatif de l’oxygène de l’eau et une pôle positif d’hydrogène d’une autre molécule d’eau). Cette liaison permet les interactions entre molécules polaires (et donc explique pourquoi ces molécules sont hydrophiles).