6 Répartition des métabolismes dans la biosphère actuelle 6.1.Lien PDF

A B A B A B

ie celle du couple qui a le potentiel redox le plus élevé (voir fin de fiche) Données. Ecrire les demi-équations des couples de l'eau H+/H2 et O2/H2O.

Oxydant Réducteur E0 (Volt)

2 H2O. 1.76. Ce4+ + e-. Ce3+. 1.72. MnO4. -+4H++3 e-. MnO2+2 H2O. 1.70. PbO2(?)+SO4 H2(g). 0.00. HOCN+2 H++2 e-. HCN(g)+ H2O. -0.02. Fe3++3 e-.

Classification des couples RÉDOX # Potentiels normaux d

Classification des couples RÉDOX # Potentiels normaux d'oxydoréduction. Oxydant MnO2 + 6 H2O ... 2 H2O + 2 e?. 2 OH. ? + H2. ? 083. Al3+ + 3 e?.

Chimie - Chapitre 9 : Réactions doxydoréduction Ce quil faut retenir…

2 H+ + 2 e- = H2. H+ est oxydant. Couple : O2 / H2O : O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O l'eau est le réducteur. Réaction rédox. Une réaction redox correspond à un

Courbes courant-potentiel

une solution contenant le couple rédox des deux espèces dissoutes soit une électrode métallique Surtension cathodique seuil du système H2O/H2/Pt : ?c.

§ 8 (suite) Equation de Nernst

couple rédox Mn+ / M de part et d'autre mais différant par la concentration des ions au cas du couple H+ / H2. ... 2 H2O (l) + 2 e– ? H2 + 2 OH– (aq).

TD1 – Léquilibre rédox

Données pour tout le TD : Potentiels standards de quelques couples rédox par E°(H2O/ H2) = -083 V/ESH ... Or l'équation électrochimique du couple Co.

6 Répartition des métabolismes dans la biosphère actuelle 6.1.Lien

Le potentiel redox d'un couple redox est défini par rapport à un couple de référence celui du couple H2O/H2: Étagement des principaux couples redox.

Fiche pédagogique sur le mini-jeu de la pile à combustible

selon la demi?équation redox : O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4 e? = 2 H2O (l). le réducteur utilisé est le dihydrogène H2 du couple H+ (aq) / H2.

D M 2 6 S A 4

Écrire la demi-équation redox reliant les deux esp`eces du couple (Cu(CN)2? (H2O/H2(g)) ainsi que les formules de Nernst correspondant aux couples ...

[PDF] eq_redoxpdf - Dun coin à lautre

ie celle du couple qui a le potentiel redox le plus élevé (voir fin de fiche) Données Ecrire les demi-équations des couples de l'eau H+/H2 et O2/H2O

[PDF] Classification des couples RÉDOX - MSLP - Dijon

Classification des couples RÉDOX # Potentiels normaux d'oxydoréduction Oxydant + 3 H2O + 149 PbO2 + 4 H3O + + 2 e? Pb2+ + 6 H2O H2 + 2 H2O

[PDF] Chapitre 3 :Oxydoréduction - Melusine

B) Potentiel d'électrode ou d'oxydoréduction 1) Electrode "normale à hydrogène" (ENH) Couple H3O + /H2 (ou H + /H2 ou H2O/H2) 2H3O+ + 2e- = H2(g) +

[PDF] Oxydant Réducteur E0 (Volt) - Lachimienet

N2(g) +4 H2O 1 51 MnO4 -+8 H+++5 e- Mn2+ +4 H2O 1 51 Mn3+ + e- Mn2+ 1 50 HClO+ H++2 e- Cl- + H2O 1 50 2BrO3 -+12H++10 e- Br2+6 H2O

[PDF] Les réactions doxydo-réduction - Physique - Chimie

? Le réducteur d'un couple (noté 1) peut participer à une réaction chimique avec l'oxydant d'un autre couple (noté 2) ? Au cours de cette réaction le

[PDF] Chimie - Chapitre 9 : Réactions doxydoréduction Ce quil faut retenir

2 H+ + 2 e- = H2 H+ est oxydant Couple : O2 / H2O : O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O l'eau est le réducteur Réaction rédox Une réaction redox correspond à un

[PDF] On obtient un couple oxydant / réducteur: H+ / H2 - Free

Le couple rédox et sa demi-équation rédox On peut écrire un schéma formel noté demi-équation rédox : 2 H+ + 2e = H2 Une oxydation correspond à une perte

[PDF] Oxydoréduction - cpge paradise

Déterminer le potentiel de Nernst du couple E?(O2/H2O) dans une solution de pH = 7 en contact avec l'air dans les conditions normales où PO2= 02 bar 2

[PDF] Chapitre 3 : Réactions doxydoréduction I Couple oxydant-réducteur

Les électrons libérés par le réducteur d'un couple sont captés par l'oxydant d'un autre couple On dit qu'il y a réaction d'oxydoréduction ou réaction rédox

[PDF] Cours-Réaction-redoxpdf

Couples rédox ? Comment équilibrer les équations des réactions rédox ? Classement des couples rédox et prévision de la réaction spontanée

6 Répartition des métabolismes dans la biosphère actuelle

6.1.Lien entre le potentiel Redox d'un environnement et les métabolismes qui s'y expriment

6.1.1.Notion de E et de p

E : potentiel redox (s'exprime en volts)

Le potentiel redox d'un couple redox est défini par rapport à un couple de référence, celui du couple H 2 O/H 2 H 2

O + e = ½ H

2 + OH

E=0 mV

p = activité fictive des électrons comme pour le pH= -log (H ), le p = - log (e-) plus un milieu est réducteur, plus il contient d'électrons fictifs plus son p est négatif plus un milieu est oxydant, moins il contient d'électrons fictifs plus son p est positif

Par rapport à E :

p = pK +1/n log (Ox/Red) = (F/RTln10)*E =0.059 E

Pour info :

Loi de Nernst :

E= E 0 +(RT/nF). ln(ox/red)

E= G/nF

Loi d'action de masse

G = RTln(ox/red)

6.1.2. Diagramme p

pH de stabilité de l'eau liquide, et potentiels redox des environnements. L'eau est stable dans les limites définies sur le diagramme (Figure 7).

Vers les p

élevés, l'eau se déstabilise pour libérer un e et donner de l'O 2.

Vers les p

faibles voir négatifs l'eau est réduite, elle accepte un e- et donne de l'H 2. Entre les deux limites, on trouve les milieux aqueux aérés au contact avec l'atmosphère

et ceux non aérés coupés du contact avec l'atmosphère et qui sont plus réducteurs (nappes

aquifères, sols inondés, milieux marins euxiniques).

Figure 7 - Diagramme p

-pH de l'eau à 25°C.

6.1.3.Étagement des principaux couples redox

Les couples redox des éléments chimiques d'intérêt dans la compréhension de l'environnement terrestre sont placés dans une échelle de p (pour un pH de 7) (Figure 8). Tout oxydant peut oxyder tout réducteur d'un autre couple de potentiel inférieur au sien.

En général, l'oxydant disponible le plus fort réagit avec le réducteur disponible le plus

fort.

Le couple CH

2 O CO 2 présente le plus petit p, ce qui signifie que la matière organique est la substance la plus réductrice de nos environnements.

Le couple H

2 O O 2 présente le plus fort p ce qui signifie que l'O 2 est l'oxydant le plus fort de nos environnements. O 2 et CH 2 O sont tous les deux produits par la réaction de photosynthèse : la

photosynthèse est donc à l'origine des hétérogénéités redox de la plupart des environnements

terrestres superficiels. H 2

O -> 1/2O

2 +2e +2H 2e + H 2

O -> H

2 +O

Milieux en contact avec atmosphère

Nappes aquifères

Marais

Marin euxinique sols noyés

Pluie rivières océan salines

Milieux isolés de l'atmos

phère

Figure 8 - Représentation idéalisée des processus de dégradation de la matière organique.

6.1.4.Séquence des réactions d'oxydation de la matière organique

La matière organique dans notre environnement n'est pas stable thermodynamiquement,

et va être oxydée par l'intermédiaire de métabolismes bactériens jouant le rôle de catalyseurs.

La matière organique étant la substance la plus réductrice, elle va réagir d'abord avec les oxydants les plus forts (ceux des couples présentant les plus fort p Cela implique aussi que la séquence des réactions d'oxydation est contrôlée par leurs G. Celles qui ont le G le plus négatif sont les plus favorables, se produisent en premier et fournissent le plus d'énergie aux organismes qui l'utilisent pour leur métabolisme. Vous verrez avec François ces réactions d'oxydation de la matière organique, qui, tout en suivant les règles de la thermodynamique, sont catalysées par les métabolismes de micro- organismes (Figure 8).

6.2.Les sédiments (diagenèse précoce)

Un sédiment est composé d'une phase aqueuse (eau de porosité) et d'une phase solide (argiles, grains de quartz, grains de carbonates, oxydes, matière organique...) • Respiration aérobie : CH 2 O+O 2 = H 2

O + CO

2 -3190 • Réduction nitrates : 5CH 2 O+4NO 3 = 2N 2 + 4HCO 3- + CO 2 + 3H 2 O -3030 • Réduction des oxydes de manganèse : CH 2 O+3CO 2 + H 2

O + 2MnO

2 = 2Mn 2+ + 4HCO 3- -3000

Réduction des oxydes de fer :

CH 2

O+4Fe(OH)

3 = 4Fe 2+ + 8HCO 3- +3H 2 O -1400 • Réduction des sulfates: 2CH 2 O+SO 42-
= H 2

S + 2HCO

3- -380 + Précipitation de sulfures de fer (pyrite) : Fe 2+ + 2H 2

S <=> FeS

2 + 4H +2e • Méthanogenèse 2CH 2

O = CO

2 CH

4 -300

(d'apres Froelich et al., 1979) G kJ mol -1 de CH 2 O On décrit et interprète les profils de concentration de certains ions ou gaz dissous dans

l'eau de porosité des sédiments (voir profil idéalisé montré en regard des réactions

d'oxydation de la MO, Figure 8) : Les oxydants initialement présents dans l'eau disparaissent avec la profondeur suite à leur consommation par la dégradation de la MO. Les oxydants les plus forts disparaissent d'abord. Ce sont dans l'ordre O 2 , NO 3- , SO 42-
. Le sulfate va donner du H 2 S. Entre la réduction des nitrates et des sulfates, la réduction des oxydes de

Manganèse (MnO

2 ) et de fer (Fe(OH) 3 ) fait apparaître leur forme réduite (ion Fe 2+ et Mn 2+ ) dans l'eau de porosité. Quand tous les oxydants sont épuisés, la fermentation méthanique peut avoir lieu. 2CH 2

O => CH

4 +CO 2 En parallèle, dans la phase solide du sédiment, la teneur en MO décroît, les oxydes de Mn et de Fer disparaissent, et dans la zone où la teneur en Fe 2+ et en H 2

S est importante la

pyrite (FeS 2 ) précipite. Quand il y a de la méthanogenèse, le méthane diffuse vers le haut jusqu'au moment où il rencontre une zone où un oxydant est disponible (en général le sulfate). Alors la méthanotrophie se développe et peut être repérée par une diminution du

C de la matière

organique à ce niveau.

6.3.La colonne d'eau oxique (Océan actuel)

On décrit et interprète les profils de concentration de DIC, O 2 et composition isotopique ( 13 C) du DIC dans la colonne d'eau de l'océan Atlantique Nord (Figure 9). (Kroopnick et al. 1972)

Figure 9 - Profils de O

2 , HCO 3- et 13 C HCO3- dans l'Océan Atlantique Nord.

Mise en évidence de :

La photosynthèse dans les premiers cent mètres de la colonne d'eau ( 13

C DIC assez

positif, teneur en DIC assez faible).

Respiration (diminution du

C DIC, augmentation du DIC, diminution de la teneur en O 2 ) entre 100 et 1000m d'eau (1000m = zone à minimum d'oxygène).

En dessous, teneur en O

2 , DIC et C sont stables, mais à des valeurs plus faibles de teneur en O 2 et plus positives de C DIC par rapport à la zone à minimum d'oxygène au dessus. La composition chimique et isotopique de ces eaux est héritée de l'équilibre avec

l'atmosphère au pôle nord juste avant que les eaux ne plongent sous l'effet de leur densité.

=>Rôle de la biologie sur la zone à minimum d'oxygène =>Rôle de la géologie (circulation océanique profonde) sur l'état d'oxygénation global de la colonne d'eau océanique : apport constant d'oxydants en profondeur.

6.4.La colonne d'eau anoxique (Lac Pavin et/ou Mer Noire)

Quand il n'y a pas de mélange des masses d'eau et pas de circulation profonde il n'y a pas de renouvellement des oxydants en profondeur et la colonne d'eau devient progressivement anoxique.

Figure 10 - Profils des concentrations en O

2 , H 2

S et CH

4 dans la Mer Noire. Cas de la Mer Noire (Figure 10) : en dessous de 100m de profondeur, il n'y a plus d'oxygène mais on trouve du H 2

S et du méthane.

Figure 11 - Evolution du

13 C HCO3- dans le lac Pavin. Cas du Lac Pavin (Figure 11) : A partir de 60m de profondeur, il n'y a plus d'oxygène mais on trouve du H 2

S et du méthane.

A partir du

C DIC, on identifie très bien l'étagement des métabolismes :

Dans les premiers mètres, le

C augmente. La photosynthèse enrichit le DIC en C car elle prélève préférentiellement le 12 C.

Ensuite le

CDIC diminue suite à l'apport de carbone inorganique dissous de la respiration (-25‰). Ensuite à 60m au niveau où les derniers oxydants disparaissent, il y a un pic vers des valeurs de C encore plus négatives qui marquent l'apport de CO 2 issu de l'oxydation du méthane par les bactéries méthanotrophes (

C= -60‰).

Enfin vers le fond du lac, le

C augmente jusqu'à des valeurs de +6‰ ce qui signe l'apport de CO 2 issu de la méthanogenèse. 2CH 2

O => CH

4 +CO 2.

On peut calculer le

C de ce CO

2 par bilan massique. Si la MO qui réagit a une composition isotopique ( C CH 2

O) de -25‰, et qu'elle produit

du méthane (

CCH4) à -60‰ alors le CO

2 qu'elle produit aussi doit avoir une composition isotopique de +10‰. C CH 2

O = XCH4.

CCH4 + XCO

2 C CO 2

XCH4=XCO2=0,5

quotesdbs_dbs30.pdfusesText_36

[PDF] 6 Répartition des métabolismes dans la biosphère actuelle 6.1.Lien

6 Répartition des métabolismes dans la biosphère actuelle

6.1.Lien entre le potentiel Redox d'un environnement et les métabolismes qui s'y expriment

6.1.1.Notion de E et de p

E : potentiel redox (s'exprime en volts)

O + e = ½ H

E=0 mV

Par rapport à E :

Pour info :

Loi de Nernst :

E= G/nF

Loi d'action de masse

G = RTln(ox/red)

6.1.2. Diagramme p

Vers les p

Vers les p

Figure 7 - Diagramme p

6.1.3.Étagement des principaux couples redox

Le couple CH

Le couple H

O -> 1/2O

O -> H

Milieux en contact avec atmosphère

Nappes aquifères

Marais

Pluie rivières océan salines

Milieux isolés de l'atmos

6.1.4.Séquence des réactions d'oxydation de la matière organique

6.2.Les sédiments (diagenèse précoce)

O + CO

O + 2MnO

Réduction des oxydes de fer :

O+4Fe(OH)

S + 2HCO

S <=> FeS

O = CO

4 -300

Manganèse (MnO

O => CH

S est importante la

C de la matière

6.3.La colonne d'eau oxique (Océan actuel)

Figure 9 - Profils de O

Mise en évidence de :

C DIC assez

Respiration (diminution du

En dessous, teneur en O

6.4.La colonne d'eau anoxique (Lac Pavin et/ou Mer Noire)

Figure 10 - Profils des concentrations en O

S et CH

S et du méthane.

Figure 11 - Evolution du

S et du méthane.

A partir du

Dans les premiers mètres, le

Ensuite le

C= -60‰).

Enfin vers le fond du lac, le

O => CH

On peut calculer le

C de ce CO

O) de -25‰, et qu'elle produit

CCH4) à -60‰ alors le CO

O = XCH4.

CCH4 + XCO

XCH4=XCO2=0,5