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Cours de biophysique

Introduction générale

de la physique. La biophysique en

association avec la biochimie (étude des constituants de la matière vivante et leurs réactions) et la physiologie

(science qui traite des fonctions organiques par lesquelles la vie se manifeste et qui assurent le maintien de la

anisme entier.

Chapitre 1. Les états de la matière.

1. Introduction :

et les molécules sont liés entre eux par des forces électrostatiques : résultantes de

charges électriques. Pour séparer deux molécules (pour faire rompre une liaison moléculaire entre deux

molécules) il faut fournir une énergie EL L varie de 0,5 à 20 k.J/mol selon la Cependant, les molécules ne sont pas figées mais soumises à u énergie cinétique désignée par EC est proportionnelle à la temp:

EC = ଷ

Où

KB = 1,38 x 10-23 J.K-1 : constante de Boltzmann,

T : température absolue.

Suivant la prédominance de EC par rapport à EL, on distingue trois états physiques fondamentaux de la matière :

Si EC est très inférieure à EL (EC<< EL), les molécules ne peuvent pas se séparer les unes des autres et leur

solide.

Si EC est du même ordre de grandeur que EL (EC = EL), les molécules peuvent quitter leur position en glissant

Quand la température augmente les molécules tournent et vibrent plus vite, leur EC

devient suffisamment supérieure à EL (EC> EL), les liaisons intermoléculaires finissent par se rompre. Les

2. Gaz :

Un molécules,

dont le nombre est très grand, viennent frapper pression (force exercée C est grande (les chocs

sont plus violents) et que le nombre de molécules est plus grand. Par exemple, quand on souffle dans un ballon

e nombre de chocs augmente et par conséquent la pression augmente et le ballon se dilate.

Le gaz parfait définit un état où les interactions entre les molécules du gaz sont négligeables et les molécules de

gaz en elles-

conditions normales (température = 20°C, pression = 105 Pa = 1 bar), la majeure partie des gaz réels (par

directement proportionnelle à la température absolue T, au nombre Nm de molécules et inversement

Le nombre Nm, A. Le nombre

de molécule est alors compté en moles (mol) : ొಲ= n mol

Le produit des deux constantes NA et KB est remplacé par la lettre R, appelée " constante de gaz parfaits ».

Avec NA = 6,023 x 1023 mol-1 et KB = 1,38 x 10-23 J.K-1, on a R = 8,32 J.K-1.mol-1. : P = n.R୘ : PV = n.R.T appelée " ».

Exemple : Initialement, un gaz parfait de volume V1 = 5 m3 est à la pression P1 = 500 Pa. On le comprime, en

2 = 2 m3. Quelle est la pression finale P2 ?

Réponse : :

1V1 = nRT1

A l2V2 = nRT2

Puisque, au cours de la compression la température reste constante, nous avons : T2 = T1

Par conséquent, P2V2 = P1V1

Nous avons donc P2> P1.

réel est supérieure à la normale (105 Pa = 1 bar), les interactions entre les molécules

ainsi que les volumes de celles-ci ne sont pas négligeables et dépendent fortement de la nature du gaz.

VanderWaals

des gaz parfaits : (P + ௔௡(

Où :

P = pression mesurée,

n = nombre de moles de gaz,

R = constante des gaz parfaits,

T = température absolue.

Le terme ௔௡(

du volume, nb, soustrait le vo occupé par le gaz. A et b sont des constantes mesurées et spécifiques à chaque gaz.

Liquides :

périphériques (ce qui le

2O, possède

la structure triangulaire suivante : O H est de 104,5° et la distance interatomique dO-H = 0,97°A. de chaque liaison O une charge électrique négative (- 2eorment une charge

électrique positive (+ 2e). Cela fait que la molécule H2O constitue un dipôle électrique. Ce dipôle est permanent

soient solides, liquides ou gazeux, par exemple pour les molécules polaires comme HClou pour les solides

cristallins.

3. Solides : types de structure.

Dans les solides,

solide est appelé " solide amorphe " solide cristallin » ou " cristal » comme le diamant ou le chlorure de sodium.

La structure des cristaux peut être pour

former un réseau. Dans le chlorure de sodium (NaCl), chaque atome Na est entouré par quatre atomes Cl et

vice-versa. La maille est un cube en 4 Na et 4 Cl, les atomes se trouvant aux sommets du cube. Cl- Na+ 2 H+ H+

0,97°A 0,9

7°A

104,5°

- 2e + 2e

Ainsi, les cristaux de sel de NaCl ont une structure cubique. Le graphite et le diamant sont deux solides

parallèles de mailles hexagonales. Dans le diamant, la maille est cubique à faces centrées. Alors que les atomes

sont les mêmes, les propriétés du diamant et du graphite sont très différents. (a, b, c) de la maille, les angles entre les côtés (ĮȕȖ) et la position Les différents types de structure sont les suivants :

Cubique :

au milieu du cube nous appelons cette structure corps centré. Si un atome est au milieu de chaque face nous

face centrée.

Quadrilatère :

Quand un côté a une longueur différente de celle des deux autres lée quadrilatère. Il existe aussi un corps centré pour cette structure.

Orthorhombique :

Les angles sont encore de 90 ° mais aucune des trois longueurs car

Dans le cas de structures orthorhombiques une structure supplémentaire existe : la structure de base

centrée. Dans cette structure les deux côtés opposés présentent un atome au niveau de leur centre. Les deux

autres côtés ne le font pas.

Hexagonal :

de losange (a = Ȗ carré (a = b = c).

Rhomboédrique :

En ce qui concerne les structures cubiques, a = b = c et les angles sont égaux mais dans une structure

rhomboédrique les ĮȕȖ

Monoclinique :

Triclinique :

Compacité (atomicpacking factor)

Elle est déterminée par le rapport entre le volume des atomes dans le cristal et le volume total :

Considérant les atomes sphériques une partie du cube est inévitablement vide. Les figures ci-dessus sont

schématiques et dans un solide réel les liaisons ne sont pas aussi longues. Nous devrions voir quelque

chose comme ceci :quotesdbs_dbs23.pdfusesText_29

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