Une longue histoire de la matière
Chapitre 1 : Un niveau d'organisation : les éléments chimiques (Physique-Chimie)
Chapitre 2 : Des édifices ordonnées : les cristaux (SVT)
Chapitre 3 : Une structure complexe : la cellule vivante (SVT)
Chapitre 2 : Des édifices ordonnées : les cristaux
Introduction :
observation de cristaux
-Grotte de la mine de Naica : il s’agit d’une cavité d’environ 35 m de long sur 20 m de large et 8 m de haut, bourrée de gigantesques cristaux de gypse (sélénite).
-Les flocons de neige sont composés de six branches de structure plus ou moins complexe, formant une figure à géométrie hexagonale.
A/ Les structures cristallines dans le monde minéral
a)L’exemple du Chlorure de sodium
Problème : Comment les ions Na+ et Cl- se sont-ils assemblés pour donner au sel sa structure cristalline ?
Activité TP 1 : Livre page 34,35
Bilan :
Le chlorure de sodium solide (présent dans les roches, ou issu de l’évaporation de l’eau de mer) est constitué d’un empilement régulier périodique (état cristallin) d’ions. Plus généralement, une structure cristalline est définie par une maille élémentaire répétée périodiquement. Un type cristallin est défini par la forme géométrique de la maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent.
b) Des cristaux dans les roches magmatiques et sédimentaires
Problème :Quelle est la structure microscopique des cristaux ?
Activité TP 2 : Observation microscopique de cristaux
Bilan : Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes. Ainsi les minéraux se caractérisent par leur composition chimique. Celle-ci conditionne leur maille, donc leur organisation cristalline qui détermine finalement leur forme à l’état solide. On les appelle alors des cristaux.
C/ Les caractéristiques de la structure cristalline cubique
Problème : Comment la géométrie de la maille cubique permet-elle d’expliquer les propriétés des cristaux qu’elle constitue ?
Activité TP 4 : Maille cubique simple, maille cubique à face centrées
Bilan : Les cristaux les plus simples sont constitués d’un réseau de mailles qui ont la géométrie d’un cube : on parle de mailles cubiques. La position des entités dans cette maille distingue les réseaux cubiques simples et les réseaux cubiques à faces centrées. En fonction de sa maille, un cristal a des propriétés et une masse volumique différentes.
C/ Les structures cristallines dans les organismes biologiques
Problème : Quelles structures cristallines existent chez les êtres vivants et quels sont leurs rôles ?
Activité TP 3 : Structures cristallines chez les êtres vivants
Bilan : Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (coquille, squelette, calcul rénal, etc.).
On retrouve aussi de façon très diverse dans le monde du vivant, l’état cristallin que ce soit en tant que squelette interne ou externe (os, coquilles…), que moyens de défense des plantes (raphides…), ou même de dysfonctionnement d’organes (calculs rénaux…). C’est la bio minéralisation.
D/ Des conditions de cristallisation différentes selon la température
Problème : Comment la température influence t-elle la cristallisation ?
Activité TP 5 : Cristallisation de la Vanilline
Bilan Le refroidissement d’un magma (ensemble de minéraux fondus), s’accompagne de la cristallisation progressive des minéraux.
En fonction de la vitesse de ce refroidissement, la cristallisation va se dérouler
– lentement ce qui donne une roche grenue, constituée de gros cristaux, tous jointifs
– rapidement et une partie du magma ne va pas cristalliser et donner du verre ce qui donne une roche microlithique, constituée de petits cristaux noyés dans un verre.
Dans le cas des solides amorphes, l’empilement d’entités se fait sans ordre géométrique. C’est le cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d’une lave.
Chapitre 2 : Des édifices ordonnées : les cristaux
Dans le monde, la matière s’organise en structure d’ordre supérieur à l’échelle moléculaire. Un exemple est ici proposé : la structure cellulaire.
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La théorie cellulaire
Problème : Comment la théorie cellulaire s’est-elle construite et quels scientifiques en ont été les principaux contributeurs ?
Activité TP1 : frise chronologique théorie cellulaire et évolution du microscope.
Livre pages 48,19,50,51
Bilan : La découverte de l’unité cellulaire est liée à l’invention du microscope.
L’observation de structures semblables dans de très nombreux organismes a conduit à énoncer le concept général de cellule et à
construire la théorie cellulaire.
Les trois pincipes de la théorie cellulaire sont :
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Tout organisme vivant est constituté d’une ou plusieurs cellules
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La cellule est l’unité de base de la vie
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Toute cellule provient d’une autre cellule
Plus récemment, l’invention du microscope électronique a permis l’exploration de l’intérieur de la cellule et la compréhension du lien entre échelle moléculaire et cellulaire.
2. Etude d’un exemple de modèle moléculaire : la membrane plasmique
Problème : Quelle structure chimique de la membrane lui confère-t-elle ses caractéristiques ?
Activité TP 2 : Membrane plasmique, un exemple de lien entre l’échelle moléculaire et l’échelle cellulaire
Bilan : La cellule, unité fondamentale du vivant, est un milieu réactionnel aqueux séparé de l’extérieur par la membrane plasmique. Le fonctionnement cellulaire nécessite un apport en énergie, la cellule est donc en interaction permanente avec son environnement avec lequel elle réalise de nombreux échanges.
La membrane plasmique sépare le cytoplasme de la cellule du milieu extracellulaire. Elle est constituée de lipides, majoritairement des phospholipides et de protéines. Les phospholipides sont des molécules possédant une partie hydrophile et une partie lipophile. En milieu hydraté, elles s’assemblent spontanément en une bicouche stable, en regroupant leurs parties lipophiles au cœur de la bicouche.
Exercices :
-> La cellule vivante - Manuel numérique max Belin
-> Une pincée de sel, des lipides et du sucre : qu'est-ce qu'il y a exactement dans le vaccin anti-Covid ? (futura-sciences.com)
