Thermodynamique

Question 1

Définir la thermodynamique

Answer 1

L’étude du monde vu par le prisme de l’énergie

Question 2

À quoi s’appliquent les lois de la thermodynamique ?

Answer 2

À tout l’univers, y compris aux êtres vivants et aux réactions chimiques à la base de la vie

Question 3

Qu’est-ce que la thermodynamique fournie ?

Answer 3

Des équations pour prédire le déroulement de réactions chimiques, catalysées ou non par des enzymes

Question 4

Définir les sytèmes vivants

Answer 4

Ce sont des machines à transformer l’énergie

Question 5

La survie des systèmes vivants dépend de quoi ?

Answer 5

De leur capacité à extraire l’énergie de leur environnement

Question 6

À quoi est nécessaire l’énergie ?

Answer 6

Au maintien de :
- La forme
- L’activité

Question 7

En quoi l’énergie est-elle nécessaire à la forme ?

Answer 7

Organisation de la cellule, ordre des cellules dans un tissu, agencement des tissus dans un organe, etc…

Question 8

En quoi l’énergie est-elle nécessaire à l’activité ?

Answer 8

Mouvement, pensée, extraction de la nourriture, etc..

Question 9

D’où provient l’énergie qui propulse la vie sur Terre ?

Answer 9

Principalement du soleil

Question 10

Le rendement de la photosynthèse est-il faible ou élevé ?

Answer 10

Faible : 0,05% de l’énergie solaire qui atteint la Terre mène à la production de molécules organiques

Question 11

Où est perdue l’énergie solaire ?

Answer 11

Beaucoup d’énergie est perdue à chaque niveau trophique de la chaîne alimentaire

Question 12

Donner la chaîne de la photosynthèse

Answer 12

1. Photosynthèse : 1er producteur
2. Herbivores : 1er consommateur
3. Carnivores : 2e consommateur

Question 13

Donner la chaîne alimentaire homme/truite en un an

Answer 13

• 300 truites sont requises pour nourrir un homme pdnt un an
• En un an, ces truites ont dû consommer 90 000 grenouilles
• Ces grenouilles ont consommé 27 millions de sauterelles
• Ces sauterelles ont consommé 1000 tonnes d’herbe

Question 14

En milieu anaéorobique, que se passe-t-il pour les carbohydrates ?

Answer 14

Peuvent être métabolisés par les archées méthanogènes

Question 15

Où est-ce que les carbohydrates peuvent-être métabolisés par les archées méthanogènes ?

Answer 15

Dans le tube digestif des ruminants et dans les sols, par exemple

Question 16

De quoi sont capables les carbohydrates métabolisés par les archées méthanogènes ?

Answer 16

Ils sont capables de métaboliser la cellulose

Question 17

Quelles sont les dernières étapes du métabolisme ?

Answer 17

CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O
CH3COOH -> CH4 + CO

Question 18

Comment est l’oxygène pour les carbohydrates métabolisés par les archées méthanogènes ?

Answer 18

Pour ces organismes procaryotes, l’oxygène est très toxique

Question 19

Quelle est la puissance du méthane ?

Answer 19

Le méthane est un gaz à effet de serre 84x plus puissant que le CO2 (sur une période de 20 ans)

Question 20

Beaucoup d’énergie est perdue à chaque étape de la chaine alimentaire. Vrai ou Faux ?

Answer 20

Vrai

Question 21

Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil ?

Answer 21

• Plante
• Herbivore et carnivore

Question 22

Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil dans les plantes ?

Answer 22

• Une partie excédentaire de l’énergie solaire est transformée en chaleur ou fluorescence
• Une partie sert aux fonctions de la plante (croissance, défense, reproduction)

Question 23

Où s’est perdue l’énergie initiale fournie par la lumière du soleil chez les herbivores et carnivores ?

Answer 23

• Une partie sert à du travail : convertie en énergie mécanique (énergie potentielle et cinétique), par le biais de la contraction musculaire
• Une partie sert pour les fonctions physiologiques et métaboliques
• Une grande partie de cette énergie est convertie en chaleur

Question 24

L’énergie fournie par le soleil est-elle réellement perdue ?

Answer 24

Non, elle est transformée

Question 25

En quoi est transformée l'énergie fournie par le soleil ?

Answer 25

En d'autres formes d'énergies : lumière, chaleur, énergies mécaniques, électriques et chimiques

Question 26

Que stipule le premier principe de la thermodynamique ?

Answer 26

Stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite

Question 27

Est-ce que le premier principe de la thermodynamique est respecté chez les formes vivantes ? Pourquoi ?

Answer 27

Car l'énergie provenant du soleil n'est pas perdue mais transformée => la vie ne mène pas à la création ou à la destruction de l'énergie, mais à sa transformation

Question 28

Quelle est la représentation mathématique d'un changement d'énergie d'un système ?

Answer 28

ΔU

Question 29

Quelle est la représentation mathématique de l'énergie d'un sytème au début d'un processus ?

Answer 29

Ui

Question 30

Quelle est la représentation mathématique de l'énergie d'un sytème à la fin d'un processus ?

Answer 30

Uf

Question 31

Quelle est la formule du changement d'énergie d'un système ?

Answer 31

ΔU = Uf- Ui

Question 32

De quoi dépend le changement d'énergie d'un système ?

Answer 32

Uniquement de son état initial et de son état final, peu importe les transformations ou les chemins empruntés lors de ce changement

Question 33

Qu’est-ce qu’est l'énergie ?

Answer 33

Une fonction d'état

Question 34

Que limitent les contraintes ?

Answer 34

Les contraintes limitent les types de transformations que l'énergie peut subir dans les processus physiques et chimiques

Question 35

Quel est le deuxième principe de la thermodynamique ?

Answer 35

L'univers tend vers un désordre maximal

Question 36

Le deuxième principe est déduit par quoi ? Expliquer

Answer 36

Déduit par l'observation : on observe en effet que le désordre d'objets isolés laissés à eux-mêmes augmente avec le temps

Question 37

Que se passe-t-il à l'ouverture de la valve dans l'exemple des deux ballons communicants ?

Answer 37

Diffusion du gaz vers l'autre ballon : création de désordre

Question 38

Que se passe-t-il à l'équilibre dans l'exemple des deux ballons communicants ?

Answer 38

Autant de chances de rencontrer une molécule de gaz dans un ballon que dans l'autre ballon (état le plus probable)

Question 39

Y-a-t-il une probabilité non nulle que toutes les molécules se retrouvent seulement dans le ballon de droite ?

Answer 39

Oui

Question 40

En théorie, comment peut-on mesurer le désordre ?

Answer 40

En théorie, on peut mesurer le désordre d'un système par un calcul de probabilité

Question 41

Comment s'appelle la mesure du désordre d'un système par un calcul de probabilité ?

Answer 41

L'entropie (S)

Question 42

Que mesure S?

Answer 42

S mesure le niveau de désordre, de probabilité de l'état du système

Question 43

Appliquer le principe de l'entropie à l'exemple des ballons

Answer 43

Expansion spontanée du gaz vers le deuxième ballon (désordre augmente) entraîne donc une augmentation de S (entropie)

Question 44

Comment tout processus spontané impacte l'entropie de l'univers ?

Answer 44

Tout processus spontané (si l'énergie est constante) entraîne une augmentation de l'entropie de l'univers

Question 45

ΔSunivers > ou < à 0 ?

Answer 45

ΔSunivers > 0

Question 46

Donner la définition d'un système

Answer 46

Matière dans une région définie de l'espace

Question 47

Donner la définition de l'univers

Answer 47

Système, + ce qui entoure ce système (environnement)

Question 48

Le système interagit-il tout le temps avec son environnement ?

Answer 48

Le système peut ou non interagir avec son environnement

Question 49

Comment se nomme un système s'il y a un échange de matière et d'énergie avec son environnement ?

Answer 49

Système ouvert

Question 50

Comment se nomme un système s'il y a seulement un échange d'énergie avec son environnement (ex: chaleur) ?

Answer 50

Système fermé

Question 51

Comment se nomme un système si rien n'est échangé avec son environnement ?

Answer 51

Système isolé

Question 52

Les êtres vivants sont quel type de système ?

Answer 52

Système ouvert => échange de matière et d'énergie (chaleur) avec leur environnement

Question 53

Fill in the blancks

Answer 53

Question 54

Quel est l'impact de la formation d'une structure biologique en terme d'ordre ?

Answer 54

Création d'ordre

Question 55

La formation d'une structure biologique est-elle en accord ou en désaccord avec le 2e principe de la thermodynamique ? Pourquoi ?

Answer 55

En apparence, en contradiction avec le 2e principe de la thermodynamique puisque la création d'ordre diminue l'entropie

Question 56

Qu'est-il nécessaire de faire pour respecter le 2e principe de la thermodynamique lors de la formation d'une structure biologique ?

Answer 56

La création d'ordre dans le système biologique (diminution d'entropie dans système ouvert) doit être compensée par une augmentation du désordre (entropie) d'au moins égale importance dans son environnement

Question 57

Donner un exemple général de diminution d'entropie d'un système mais ainsi d'augmentation d'entropie de son environnement

Answer 57

Faire le ménage (créer de l'ordre) de votre chambre (système) => augmente le désordre dans l'environnement (mais requiert de l'énergie !!!)

Question 58

Ainsi pour créer de l'ordre, que faut-il faire ?

Answer 58

Pour créer de l'ordre, il faut fournir de l'énergie

Question 59

Donner 3 exemples de "pour créer de l'ordre, il faut fournir de l'énergie" dans le système biologique

Answer 59

- Consommation de molécules d'ATP fournit l'énergie pour créer des liens covalents (donc créer de l'ordre dans les molécules) - Consommation d'ATP = dégagement de chaleur dans l'environnement => + grande diffusion de l'air => augmentation de l'entropie de l'environnement - Pour produire l'ATP : digestion de nourriture => induit aussi augmentation d'entropie : bris des liens (de l'ordre) des atomes dans les molécules ingérées

Question 60

Existe-t-il un lien entre énergie, chaleur (une forme d'énergie) et entropie ?

Answer 60

Oui

Question 61

Existe-t-il un lien entre les deux principes de thermodynamique ? Expliquer

Answer 61

Oui. En théorie, il est possible de calculer le changement d'énergie lié à une réaction chimique si on connait le changement d'entropie induit par cette réaction et vice versa

Question 62

À quoi est proportionnelle l'énergie d'un système (ou d'une réaction) ?

Answer 62

À son potentiel de chaleur, que l'on définit comme H (enthalpie)

Question 63

ΔSenvironnement = ?

Answer 63

ΔSenvironnement = -ΔHsystème/T

Question 64

ΔSunivers = ?

Answer 64

ΔSunivers = ΔSsystème + ΔSenvironnement et : ΔSunivers = ΔSsytème - ΔHsystème/T

Question 65

-TΔSunivers = ?

Answer 65

-TΔSunivers = ΔG

Question 66

ΔG = ?

Answer 66

ΔG = ΔHsystème - TΔSsystème

Question 67

Quelle est l'intérêt de l'équation impliquant ΔG

Answer 67

L'intérêt de cette équation est que la valeur de ΔG est uniquement reliée au système

Question 68

Que représente ΔG ?

Answer 68

Représente le changement en énergie libre d'un système qui se transforme à température et pression constante

Question 69

Que signifie ΔG ?

Answer 69

Énergie libre de Gibbs

Question 70

Quel indicateur est ΔG ?

Answer 70

Indicateur de potentiel thermodynamique d'une réaction, énergie disponible pour faire un travail

Question 71

Pour quoi est utile ΔG ?

Answer 71

Utile pour décrire l'énergétique des réactions biochimiques

Question 72

Que signifie un ΔG négatif ?

Answer 72

La réaction se fait spontanément => exergonique (souvent exothermique mais pas tjrs)

Question 73

Que signifie un ΔG=0 ?

Answer 73

La réaction est à l'équilibre => aucun changement apparent

Question 74

Que signifie un ΔG positif ?

Answer 74

La réaction ne peut pas se faire spontanément => endergonique (souvent endothermique mais pas tjrs) => Cette réaction ne peut se faire que s'il y a un apport d'énergie de l'extérieur ?

Question 75

ΔG donne-t-il des indications sur le moyen ou la vitesse de la réaction ?

Answer 75

ΔG. ne donne aucune indication sur le moyen ou la vitesse de la réaction

Question 76

L'entropie de l'Univers augmente ou diminue continuellement ?

Answer 76

L'entropie de l'Univers augmente continuellement avec chaque évènement ou réaction