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Travail d'un proton traversant une membrane



  1. #1
    invité576543
    Invité

    Travail d'un proton traversant une membrane


    ------

    Bonjour,

    Dans un cours de biochimie, on trouve la formule suivante pour le travail correspondant au passage d'un proton à travers une membrane:



    où c1 et c2 sont les concentration en ion H+ de chaque côté de la membrane, Z la charge du proton, la différence de potentiel entre les deux côtés de la membrane.

    Je cherche à comprendre ce que représente le premier terme.

    Le premier point est qu'il ne doit pas s'agir d'un potentiel électrostatique réel, puisque celui-ci est représenté par . J'imagine que le gradient de charge, auquel contribue le gradient de proton mais pas seulement, est entièrement dans , mais je n'en suis pas sûr.

    L'autre interprétation est quelque chose de similaire à l'équation de Nernst. Mais ne semble pas être exactement l'équation de Nernst elle-même, à moins (par exemple) de considérer H3O+ +e- --> H2O + H comme une demi-relation d'oxydo-réduction (est-ce la réaction de référence pour le potentiel redox?) Mais alors, pourquoi n'apparaît-il pas un terme pour les autres réactions d'oxydo-réduction (à moins que l'on suppose que le seul déséquilibre soit celui des proton?)?

    Autre piste; l'équation de Nernst s'appliquant aux transferts d'électron, on doit pouvoir considérer qu'il existe une équation identique pour les transferts de proton. Auquel cas, la formule se dérive comme l'équation de Nernst, mutatis mutandi. Est-ce la bonne interprétation?

    Cordialement,

    -----

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  3. #2
    Gwyddon

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Salut mmy,

    Je penche pour ta dernière interprétation, d'autant plus que le choix de la lettre G n'est pas innocent à mon avis (G en chimie c'est souvent l'enthalpie libre)
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  4. #3
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Salut mmy,

    Je penche pour ta dernière interprétation, d'autant plus que le choix de la lettre G n'est pas innocent à mon avis (G en chimie c'est souvent l'enthalpie libre)
    Dans ce cas cela semble bien être l'énergie libre aussi, parce que cela se compense par un travail mécanique dans le cas de la rotation d'un flagelle. Mais je ne maîtrise pas suffisamment la différence enthapie/énergie pour l'appliquer à ce cas là...

    Cordialement,

  5. #4
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Je penche pour un "travail chimique" pour le premier terme : c'est la différence du potentiel chimique de H+ de part et d'autre de la membrane. Le deuxième terme est du travail electrique du fait que les protons sont chargés. Le tout est donc un travail électrochimique qui correspond donc à l'enthalpie libre G (à pression et température constante par définition G=travail)

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Anacarsis_47

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    Je penche pour un "travail chimique" pour le premier terme : c'est la différence du potentiel chimique de H+ de part et d'autre de la membrane.G=travail)
    Hello,

    oui, oui c'est tout à fait ça. On a pris ici l'expression du potentiel chimique pour une solution idéale µ1=RT*ln(c1), c'est à dire sans interactions entre les particules (ce qui est une assez grosse approximation dans le cas présent...).
    @+

  8. #6
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Bonjour,

    Ce qui m'intéresserais serait de comprendre "la nature profonde" de ce terme. Elle m'échappe pour le terme en RT ln(c1/c2) de l'équation de Nernst, mais au moins on trouve pas mal de textes sur l'équation de Nernst, mais le cas des protons semble moins bien documenté (mais toute référence m'intéresse).

    Sinon, dans l'équation de Nernst, la charge intervient explicitement (réaction d'oxydo-réduction), et n'est pas applicable telle quelle pour une charge nulle. Alors que j'ai l'impression que la notion de potentiel chimique est distincte de la notion de charge. En particulier j'ai l'impression qu'on ne peut pas créer une différence de potentiel électrique à partir d'une différence de potentiel chimique d'une espéce neutre de part et d'autre d'une membrane, et je ne sais même pas si, ou comment, on peut extraire un travail mécanique d'une différence de potentiel chimique d'une espèce neutre de part et d'autre d'une membrane.

    Cordialement,

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  10. #7
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    En particulier j'ai l'impression qu'on ne peut pas créer une différence de potentiel électrique à partir d'une différence de potentiel chimique d'une espéce neutre de part et d'autre d'une membrane, et je ne sais même pas si, ou comment, on peut extraire un travail mécanique d'une différence de potentiel chimique d'une espèce neutre de part et d'autre d'une membrane.
    on peut extraire un travail d'une différence de potentiel chimique : la pression osmotique en est un bon exemple.

    En thermodynamique des équilibres hétérogènes, deux phases sont en équilibre quand il y a égalité des potentiels chimiques dans les 2 phases (et ceci pour chaque espèce présente). Le potentiel chimique d'un constituant i étant la dérivée partielle de l'enthalpie libre par rapport au nombre de moles du constituant i.
    L'explication fondementale, c'est que toutes les espèces chimiques tendent à diffuser aléatoirement, conduisant à un mélange homogène en composition. Cela peut se décrire (et c'est clairement démontré) en terme d'augmentation de l'entropie (pour un système isolé) ou en terme de diminution de l'enthalpie libre (dans le cas d'un système ouvert, isobare et isotherme).
    Le travail chimique provient donc de la tendance naturelle à l'homogénéisation.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  11. #8
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    on peut extraire un travail d'une différence de potentiel chimique : la pression osmotique en est un bon exemple.
    Le RTlog(c1/c2) s'applique à l'osmose?

    Le travail chimique provient donc de la tendance naturelle à l'homogénéisation.
    C'est en partie ce que j'aimerai comprendre. Mais déjà je n'arrive pas pas à cerner les limites de l'idée. Peut-on tirer du travail chimique, et si oui comment, à partir de deux compartiments, l'un contenant disons que de l'azote, et l'autre disons que de l'hélium, à même pression et même température. Si l'homogénéisation seule était source de travail potentiel, la réponse devrait être oui, mais ça semble surprenant dans le cas inerte, et j'imagine donc que quelque chose d'autre intervient que la seule homogénéisation.

    Cordialement,

  12. #9
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Le RTlog(c1/c2) s'applique à l'osmose?
    il me semble bien oui, la différence de potentiel chimique entre le solvant pur et le solvant de la solution enfermé dans la membrane perméable seulement au solvant et le moteur de l'osmose : pour diminuer cette différence, du solvant passe de solvant pur à la solution, entrainant une diminution du niveau du solvant et une augmentation du niveau de la solution. Ceci jusqu'a ce que la pression atmosphérique équilibre ce phénomène (si elle n'était pas là, tout le solvant pur traverserait la membrane, laissant un compartiment vide...).

    pour les mélanges de gaz, je sèche, j'ai pas envie de raconter des conneries. Je serais tenté de dire qu'on a une double détente, donc une consommation de chaleur, mais ce que je trouve sur le net c'est pas cohérent avec ce raisonnement...

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  13. #10
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    pour les mélanges de gaz, je sèche, j'ai pas envie de raconter des conneries. Je serais tenté de dire qu'on a une double détente, donc une consommation de chaleur, mais ce que je trouve sur le net c'est pas cohérent avec ce raisonnement...
    ben non en fait ca se tient. Pendant la détente isotherme reversible d'un gaz parfait, on une consommation de chaleur par le gaz (équivalente au travail -PdV qu'il fournit). Si on mélange 2 gaz parfait, on a alors une double détente et également une consommation de chaleur

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  14. #11
    DaoLoNg WoNg

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Salut.

    Citation Envoyé par mmy Voir le message



    où c1 et c2 sont les concentration en ion H+ de chaque côté de la membrane, Z la charge du proton, la différence de potentiel entre les deux côtés de la membrane.
    La différence d'énergie potentielle totale est égale à somme des différentes .

    Ici on a deux évènements qui engendrent une différence , le gradient de pH et le gradient de voltage.

    Ce qui suit résulte d'une réflexion personnelle. Il se trouve qu'une différence d'énergie potentielle à et devient une fonction d'état qu'on appelle enthalpie libre, notée .

    On peut comprendre à partir de la formule .
    étant le rapport des concentrations.

    Prenons un exemple : A + B <--> AB

    représente la différence d'énergie potentielle entre le moment où la réaction n'a pas commencée, et le moment où on est à l'équilibre.
    nous dit combien d'énergie potentielle on a parcouru quand la réaction est en cours. Il faudra donc soustraire ce terme à pour savoir quelle différence d'énergie potentielle, notée , il nous reste à parcourir avant équilibre.

    Le rapport des concentrations tend vers qui est la constante d'équilibre. Ce nous permet de connaitre le degré d'avancement de la réaction et donc de quantifier l'énergie potentielle restante.

    J'explique pas super bien... Je dis parcourir l'énergie potentielle car j'imagine le graphe de celle-ci, et on avance sur cette courbe jusqu'à atteindre l'énergie potentielle de l'équilibre.


    Bonne continuation.
    Dernière modification par DaoLoNg WoNg ; 07/01/2007 à 16h00.

  15. #12
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    si tu souhaite discuter plus longuement et en détail du probleme de l'energie de mélange mmy, passe moi ton msn par MP (j'ai essayé de t'envoyer le mien, mais il semble que ta boite à MP est saturée).

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

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  17. #13
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    il me semble bien oui, la différence de potentiel chimique entre le solvant pur et le solvant de la solution enfermé dans la membrane perméable seulement au solvant est le moteur de l'osmose
    Vu!

    La pression osmotique d'une solution idéale (fois le volume) RT ln(1-fs) se lit comme RT ln(c1) avec c1 la concentration de l'eau; on considère qu'il y a fs mole du soluté pour 1-fs d'eau, et 1 mole totale de molécules (eau ou soluté).

    Vu comme cela on trouve bien un terme énergétique en RT ln(c1/c2)...

    Cordialement,

  18. #14
    DaoLoNg WoNg

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Le travail que peut transmettre le proton en traversant la pompe c'est simplement la différence d'énergie potentielle entre son point de départ et d'arrivée. Ici on appelle ça une énergie libre car on est à et .

    Ce principe est utilisé par certaines bactéries pour leur flagelle et dans les mitochondries pour activer l'ATP synthase. C'est tout bête; ce sont mes premiers cours de L1 en biophysique.

    Bonne continuation.
    Dernière modification par DaoLoNg WoNg ; 07/01/2007 à 17h15.

  19. #15
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par DaoLoNg WoNg Voir le message
    Le travail que peut transmettre le proton en traversant la pompe c'est simplement la différence d'énergie potentielle entre son point de départ et d'arrivée. Ici on appelle ça une énergie libre car on est à et .

    Ce principe est utilisé par certaines bactéries pour leur flagelle et dans les mitochondries pour activer l'ATP synthase. C'est tout bête; ce sont mes premiers cours de L1 en biophysique.
    Certes! D'où crois-tu que je parte pour poser ces questions? Je cherche à aller un peu plus en profondeur que les présentations L1...

    Cordialement,

  20. #16
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Alors, un peu de thermo

    Prenons un système ouvert avec deux constituants A et B.

    la différentielle de l'energie interne U s'exprime comme :



    ou plus simplement :



    avec T la température, S l'entropie, P la pression, V le volume, ni la quantité de matière du constituant i et le potentiel chimique du constituant i.

    Pour rappel dans un système fermé à volume constant, on a : , on voit que dans un système ouvert à volume constant, l'energie interne ne varie plus seulement avec la chaleur échangé : la matière apporté ou retirée de l'extérieur occasionne aussi une variation (ce qui parait logique car on apporte ou on enlève au système les energies cinétiques et potentiels des particules qu'on apporte ou qu'on enlève).

    Si on s'interesse aux transformations à pression constante dans ce système ouvert, on pose l'enthalpie H telle que H=U+PV, soit en forme différentielle :



    de meme ici l'enthalpie ne varie plus seulement avec la chaleur échangé à pression constante comme dans le cas d'un système fermé à pression constante où . Les deux termes supplémentaires représentent en quelque sorte un travail chimique.

    Posons maintenant G, l'enthalpie libre, telle G=H-TS, sa forme différentielle est :



    si on se place à pression et température constante, on a :



    Alors maintenant, qu'est ce donc qu'un potentiel chimique?? c'est l'enthalpie libre molaire partielle d'un constituant, mais encore?

    On exprime le potentiel chimique comme :

    avec ai l'activité du constituant i et le potentiel chimique de l'état de référence. Dans l'étude des système hétérogène on choisira le constituant pur comme référence (l'activité pourra dans le cas idéal etre assimilé à la fraction molaire), dans l'études des solution on choisira la solution molaire (l'activité pourra alors etre assimilée à la concentration dans les solutions diluées).

    et... je me rends compte que je ne sais pas où je vais avec tout ça... bon, je vais y réfléchir, je reviendrai plus tard...

    J'espère que ça donnera p-t des élèments de reflexion

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  21. #17
    Anacarsis_47

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    la diffusion seule n'est pas capable de produire du travail, si l'on n'ajoute pas des contraintes mécaniques. Il faut sinon considérer un système non-idéal et décrire les interactions entre le solvant et le soluté. Avoir donc une expression pour l'affinité chimique de De Donder.
    Le potentiel chimique est utilisé pour décrire les réactions chimiques proprement dites. On peut définir la diffusion comme étant une pseudo réaction chimique, mais c'est un terrain assez délicat surtout par rapport à l'entropie...

    Pour clarifier le problème, je crois que l'on peut se rapporter au modèle des gaz dans deux enceintes fermées et considérer leur mélange en n'oubliant pas le paradoxe de Gibbs pour l'entropie de mélange de deux gaz parfaits.

    A+

  22. #18
    GillesH38a

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    bonsoir

    il s'agit bien amha de la variation d'enthalpie libre, qui représente à T et p constante le travail maximal qu'on peut tirer de la transformation (si elle est effectuée réversible). Il s'agit non pas du travail réel mais de sa limite théorique, à condition d'avoir "le bon " système pour le transformer en travail (sinon ça va juste donner de l'entropie cédée de manière irréversible à l'environnement).

    Dans l'exemple donné par Mmy de deux compartiments contenant l'un de l'azote, l'autre de l'hélium, on peut théoriquement tirer du travail mécanique à partir de l'enthalpie libre de mélange, en supposant une double paroi au centre dans laquelle une membrane serait perméable à l'azote, mais pas à l'hélium et l'autre à l'hélium, mais pas à l'azote (ce qui est possible théoriquement à défaut d'exister en pratique !). Dans ce cas, l'une ne sentirait que la pression partielle de l'hélium et l'autre que la pression partielle de l'azote, et elles s'écarteraient l'une de l'autre en laissant le mélange se faire entre les deux, leur déplacement produisant du travail (réversible, car en les rapprochant on resépare les deux gaz). Ce n'est bien sur pas électrique mais mécanique, seules des particules chargées peuvent produire un travail électrique.

    Cordialement

    Gilles

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  24. #19
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    la diffusion seule n'est pas capable de produire du travail, si l'on n'ajoute pas des contraintes mécaniques. Il faut sinon considérer un système non-idéal
    ben les systèmes réels sont quasiment tous non-idéaux non?

    Le potentiel chimique est utilisé pour décrire les réactions chimiques proprement dites. On peut définir la diffusion comme étant une pseudo réaction chimique, mais c'est un terrain assez délicat surtout par rapport à l'entropie...
    on l'utilise aussi pour décrire les équilibres entre phases : c'est le critère d'équilibre. A l'équilibre chaque constituant doit avoir le meme potentiel chimique dans toutes les phases. La diffusion étant une des manière d'atteindre l'équilibre pour un système hétérogène elle est liée à la différence des potentiels chimique (diffusion dans le sens inverse des gradients de concentration).

    Pour clarifier le problème, je crois que l'on peut se rapporter au modèle des gaz dans deux enceintes fermées et considérer leur mélange en n'oubliant pas le paradoxe de Gibbs pour l'entropie de mélange de deux gaz parfaits.
    le paradoxe de Gibbs, oui, c'est le truc que je retrouvais plus, merci

    m@ch3

    PS : très bon ton exemple gillesh
    Never feed the troll after midnight!

  25. #20
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    La nuit porte conseille!

    J'ai imaginé un système permettant de mieux comprendre le "travail chimique". C'est une expérience de pensée un peu rapide, avec pas mal de trucs négligés ou inexacts mais ça donne déjà une idée, que j'espère vraie.

    Imaginons un cylindre, avec un piston maintenu fixe (mais qui peut être débrayé pour fournir ou récupérer du travail mécanique), sur le cylindre est branchée une seringue, avec laquelle on peut injecter du contenu dans le cylindre.

    Considérons le cylindre rempli d'un volume d'eau V1 à Patm, on injecte alors de l'eau supplémentaire (V2) grâce à la seringue : comme le piston est bloqué, la pression augmentera donc dans le cylindre. Soit on peut considérer le système fermé "eau" et dans ce cas, on lui aura fourni du travail mécanique (celui de la force exercée sur le piston de la seringue pour injecter -PdV), soit on peut considérer le système ouvert "contenu du cylindre" et là, on aura fourni à ce système du travail chimique ()! Dans les deux cas, si on débraye le piston du cylindre (la pression dans le cylindre va retomber à Patm et le volume dans le cylindre sera V1+V2), on récupèrera le même travail mécanique. Si on considère le système fermé rien de surprenant, on récupère le travail mécanique qu'on a fourni (du moins si cela a été fait de façon reversible bien sur), par contre si on considère le système ouvert, on a converti du travail chimique en travail mécanique a priori.

    On peut ensuite faire varier un peu l'expérience, en injectant un autre liquide que de l'eau mais ça se complique pas mal et je n'arrive pas à montrer ce que je souhaitais au départ, c'est à dire un travail chimique fourni différent donnant un travail mécanique différent, à cause du volume de mélange, mais je suis embêté par le dégagement ou la consommation de chaleur (le mélange n'est pas athermique en général...)

    Bon voilà je sais ya des raccourcis et des négligences, mais je pense mettre en lumière qqch tout de même (ceux qui le souhaite peuvent essayer de corriger l'expérience).

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  26. #21
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Bonjour,

    Ce qui me gêne dans la notion de potentiel chimique, c'est que c'est une donnée "agglutinante". Le potentiel chimique donne le résultat total, en amalgamant divers effets, du transfert d'une particule. Une partie de ce que je cherche à comprendre sont les différents mécanismes en jeu.

    Ce que je comprend maintenant est que le travail à travers une membrane peut se décomposer en 3 origines bien distinctes:

    - le terme électrique quand il existe une ddp et que le transfert concerne une particule chargée (le terme dans l'équation citée dans mon premier message)

    - un terme réellement chimique, c'est à dire lié à des changements d'espèces chimiques (par exemple le terme dans l'équation de Nernst, dérivable de la différence de potentiels redox); c'est en dernier ressort issu de l'énergie des électrons relativement aux noyaux.

    - enfin un terme en RT ln(c1/c2), qui n'est pas d'origine chimique (au sens modification d'espèces) mais d'origine thermodynamique. (L'origine non chimique étant illustrée par le cas N2/He et le dispositif proposé par Gilles, ou par l'osmose.)

    Est-ce correct?

    Si c'est correct, ça déblaie le terrain, et ce qui m'intéresse c'est le troisième terme, donc en substance la compréhension du dispositif proposé par Gilles, puisqu'alors seul le troisième terme intervient.

    Cordialement,

  27. #22
    philou21

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par gillesh38 Voir le message
    bonsoir

    il s'agit bien amha de la variation d'enthalpie libre, qui représente à T et p constante le travail maximal qu'on peut tirer de la transformation (si elle est effectuée réversible). Il s'agit non pas du travail réel mais de sa limite théorique, à condition d'avoir "le bon " système pour le transformer en travail (sinon ça va juste donner de l'entropie cédée de manière irréversible à l'environnement).

    Dans l'exemple donné par Mmy de deux compartiments contenant l'un de l'azote, l'autre de l'hélium, on peut théoriquement tirer du travail mécanique à partir de l'enthalpie libre de mélange, en supposant une double paroi au centre dans laquelle une membrane serait perméable à l'azote, mais pas à l'hélium et l'autre à l'hélium, mais pas à l'azote (ce qui est possible théoriquement à défaut d'exister en pratique !). Dans ce cas, l'une ne sentirait que la pression partielle de l'hélium et l'autre que la pression partielle de l'azote, et elles s'écarteraient l'une de l'autre en laissant le mélange se faire entre les deux, leur déplacement produisant du travail (réversible, car en les rapprochant on resépare les deux gaz). Ce n'est bien sur pas électrique mais mécanique, seules des particules chargées peuvent produire un travail électrique.

    Cordialement

    Gilles
    Une roue à ailettes ne suffirait-elle pas ? la quantité de mouvement des molécules de gaz ne serait-elle pas différente (masses différentes) ?

  28. #23
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par philou21 Voir le message
    Une roue à ailettes ne suffirait-elle pas ? la quantité de mouvement des molécules de gaz ne serait-elle pas différente (masses différentes) ?
    La quantité de mouvement multipliée par le nombre de chocs par unité de temps, c'est proportionnel à la pression. L'hypothèse de pression égale vire cette "inhomogénéité" et donc la possibilité de travail par une roue à ailettes.

    Cordialement,

  29. #24
    philou21

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Oui... au temps pour moi

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  31. #25
    Thrr-Gilag

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Il n'y a pas de termes "chimiques" idéals, puisque au final c'est juste une vision de l'esprit. Dans tout les cas tu pourras toujours réduire une réaction chimique à autre chose.

    La thermodynamique traite d'équilibre. De fait dans ton cas, le RT ln(C1/C2) est purement thermodynamique, c'est à dire qu'il représente l'énergie dépensée par le système pour rétablir l'équilibre entre les 2 côtés de ta parois.

    Que tu ne veuilles pas appeller ça comme provenant de l'énergie chimique est ton droit, mais en soit ça n'y change rien.

    Dès que tu introduis un déséquilibre (ici des concentrations différentes en H+), tu crées un potentiel entre les 2.

    L'équation de Nernst n'est que l'application du potentiel chimique (µ) au cas spécifique du potentiel rédox (E).

    D'ailleur, il est interessant de voir que tu peux former une pille en ayant 2 compartiments reliés par électrolyte qui contiennent chacun les même ions, mais en quantités différentes (par exemple Cu2+ à 0.1 M et 1M respectivement avec des barres de Cu pour profiter du couple rédox Cu2+/Cu)

  32. #26
    Anacarsis_47

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    La nuit porte conseille!

    J'ai imaginé un système permettant de mieux comprendre le "travail chimique". C'est une expérience de pensée un peu rapide, avec pas mal de trucs négligés ou inexacts mais ça donne déjà une idée, que j'espère vraie.

    Imaginons un cylindre, avec un piston maintenu fixe (mais qui peut être débrayé pour fournir ou récupérer du travail mécanique), sur le cylindre est branchée une seringue, avec laquelle on peut injecter du contenu dans le cylindre.

    Considérons le cylindre rempli d'un volume d'eau V1 à Patm, on injecte alors de l'eau supplémentaire (V2) grâce à la seringue : comme le piston est bloqué, la pression augmentera donc dans le cylindre. Soit on peut considérer le système fermé "eau" et dans ce cas, on lui aura fourni du travail mécanique (celui de la force exercée sur le piston de la seringue pour injecter -PdV), soit on peut considérer le système ouvert "contenu du cylindre" et là, on aura fourni à ce système du travail chimique ()! Dans les deux cas, si on débraye le piston du cylindre (la pression dans le cylindre va retomber à Patm et le volume dans le cylindre sera V1+V2), on récupèrera le même travail mécanique. Si on considère le système fermé rien de surprenant, on récupère le travail mécanique qu'on a fourni (du moins si cela a été fait de façon reversible bien sur), par contre si on considère le système ouvert, on a converti du travail chimique en travail mécanique a priori.

    On peut ensuite faire varier un peu l'expérience, en injectant un autre liquide que de l'eau mais ça se complique pas mal et je n'arrive pas à montrer ce que je souhaitais au départ, c'est à dire un travail chimique fourni différent donnant un travail mécanique différent, à cause du volume de mélange, mais je suis embêté par le dégagement ou la consommation de chaleur (le mélange n'est pas athermique en général...)

    Bon voilà je sais ya des raccourcis et des négligences, mais je pense mettre en lumière qqch tout de même (ceux qui le souhaite peuvent essayer de corriger l'expérience).

    m@ch3
    Hello,

    si je comprends bien, dans ton expérience tu ajoutes de l'eau avec une seringue dans ton système qui contient déjà de l'eau? Dans ce cas il n'y a rien qui se passe au point de vue chimique même en considérant un système ouvert. Si c'était deux liquides différents idéaux on n'aura qu'une entropie de mélange, s'il sont non-idéaux on aura en plus une enthalpie de mélange. Celle-ci, suivant les conditions aux bords sera capable de produire un travail via un échange de chaleur avec l'environnement. Mais on ne peut pas inclure dans le potentiel chimique le deltaH de mélange compte tenu qu'il n'y a pas de réaction chimique (on ne peut pas définir le degré d'avancement de la réaction). Il faut donc l'inclure dans l'augmentation de T° du système. Le travail de mélange que l'on pourra obtenir dépendra de l'efficacité de conversion en travail du flux de chaleur avec l'environnement.

    L'uniformité des potentiels chimiques à travers un système permet de décrire un équilibre hétérogène, mais la diffusion est un phénomène de non-équilibre et entre l'instant initial de mélange et l'atteinte de l'équilibre, on ne pourra récupérer aucun travail car la transformation est irréversible.

    bonne journée à tous!

  33. #27
    mach3
    Modérateur

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    si je comprends bien, dans ton expérience tu ajoutes de l'eau avec une seringue dans ton système qui contient déjà de l'eau? Dans ce cas il n'y a rien qui se passe au point de vue chimique même en considérant un système ouvert.
    non effectivement, mais c'est un cas simple où on peut faire intervenir le potentiel chimique : meme si il n'y a pas ici de mélange, le potentiel chimique (assimilable dans ce cas à l'enthalpie libre molaire) permet de voir comment est comptabilisée l'energie contenu dans la matière qu'on ajoute au système.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  34. #28
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Citation Envoyé par Thrr-Gilag Voir le message
    D'ailleur, il est interessant de voir que tu peux former une pille en ayant 2 compartiments reliés par électrolyte qui contiennent chacun les même ions, mais en quantités différentes (par exemple Cu2+ à 0.1 M et 1M respectivement avec des barres de Cu pour profiter du couple rédox Cu2+/Cu)
    Oui, c'est un cas intéressant, parce que, si je ne me trompe pas, le nombre total de Cu++ est inchangé, c'est une sorte de "transfert" via des électrons.

    Quand je dis que RT ln(c1/c2) n'est pas "chimique", c'est une manière de parler, je référais juste à l'absence de modification du bilan des espèces chimiques, ce qui pour moi indique que l'énergie potentielle des électrons par rapport à leurs noyaux est inchangée. Mais d'une autre manière elle est "chimique" parce que ça porte sur des différences entre espèces chimiques. Même dans le cas N2/He, si on arrive à faire des membranes sélectives, cela doit fait intervenir une différence entre espèces chimiques.

    Mais on peut pousser un peu plus loin et prendre le cas He3 vs. He4, la même énergie sera extractible (si on a les membranes pour!), mais là la différence n'est plus "chimique".

    Cordialement,

  35. #29
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Bonsoir,

    En suivant la piste du paradoxe de Gibbs (moults graces pour cette indication), je suis tomber sur

    http://bayes.wustl.edu/etj/articles/gibbs.paradox.pdf

    qui s'occupe directement du problème (avec développements sur l'entropie of course) en particulier chapitre 5, où le Whifnium et Whafnium correspondent aux membranes du cas proposé par Gilles.

    Par ailleurs, le papier me semble très intéressant en lui-même, et toute opinion éclairée sur la valeur de la thèse présentée est bienvenue!

    Cordialement,

  36. #30
    invité576543
    Invité

    Re : Travail d'un proton traversant une membrane

    Qui plus est, l'article me rend clair l'énergie qui est à l'origine du travail dans RTln(c1/c2): c'est l'énergie thermique tout simplement. Dans le vivant, c'est de l'énergie thermique générée par ailleurs, par d'autres réactions, par des pertes diverses, qui est ainsi convertie en travail, plutôt que d'être diffusée vers l'extérieur. Dans le cas d'une expérience telle celle décrite par Gilles ou par l'article, c'est de l'énergie fournie par le thermostat extérieur.

    Mon "schéma mental" maintenant est que des hétérogénéités de nature variée peuvent être utilisées, quand on a les moyens physiques de faire la distinction correspondante, pour extraire du travail de l'énergie thermique ambiante. La nature même de ce qui est hétérogène n'est pas très importante, ce qui explique la généralité de la formule en RTln(a1/a2).

    Pour moi, cela répond à mon interrogation initiale, donc merci à tous pour l'aide!

    Cordialement,

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