La pression, un outil pour les sciences

Résumé

Mise au point concernant la théorie et les potentialités expérimentales de l'utilisation de la pression en chimie ou en biologie.

Contributeur(s)
- Peyronneau, Jean. Metteur en scène ou réalisateur
- Chervin, Jean-Claude. Metteur en scène ou réalisateur
Éditeur(s)
- CNRS Editions
Date
- 2003
Langues
- Français
Description matérielle
- 305 p. : ill. ; 24 x 17 cm
Collections
- Sciences et techniques de l'ingénieur
Sujet(s)
- Thermochimie
ISBN
- 2-271-06106-7
Indice
- 541.1 Chimie physique, thermodynamique et réactions chimiques, cinétique chimique
Quatrième de couverture
- Quels sont les effets de la pression sur la matière ? Cette question se pose à bien des niveaux : de l'infiniment petit (au niveau atomique et moléculaire) à l'infiniment grand (à l'échelle de l'Univers), en passant par l'infiniment complexe dans les systèmes vivants. Pourquoi le paramètre pression est-il un formidable outil pour mieux comprendre les mécanismes qui régissent la matière ? En quoi ces progrès ouvrent-ils déjà, et ouvriront encore, des applications nouvelles et importantes pour la recherche expérimentale et les industries nouvelles comme ce fut le cas pour la synthèse du diamant ou la stérilisation sous pression (pascalisation) ?
  Cet ouvrage se propose de répondre à ces questions fondamentales. Son originalité réside dans sa pluridisciplinarité : la recherche expérimentale moderne est dépendante de technologies de plus en plus performantes, mais aussi de plus en plus complexes, rendant la collaboration entre les diverses disciplines scientifiques indispensable. Les avancées considérables réalisées en médecine et en biologie par l'utilisation des méthodes d'observation et d'analyse physico-chimique en sont une brillante illustration.
  Enfin la pression fait partie de notre environnement quotidien. Nous la subissons en même temps que nous en profitons. Elle peut être incontrôlable et destructrice lorsqu'elle génère une éruption volcanique. Domestiquée, elle peut en revanche être des plus utiles. C'est à cet aspect que s'intéressent de plus en plus les chercheurs dans le domaine de la pression.
Tables des matières
- - La pression, un outil pour les sciences
  - CNRS éditions
  - Préface1
  - Introduction3
  - Jean Peyronneau et Jean-Claude Chervin
  - Prologue Une courte histoire de la pression 7
  - Pascal Richet
  - 1. Introduction7
  - 2. Le problème du vide8
  - 3. Du vide à l'air, à la sève et au sang12
  - 4. Les premiers pas de la thermodynamique15
  - 5. Une science des hautes pressions22
  - 6. La course aux pressions extrêmes28
  - 6.1 Pressions dynamiques28
  - 6.2 Pressions statiques31
  - 7. Épilogue35
  - Références bibliographiques37
  - Chapitre 1 Quelques aspects thermodynamiques de la pression 43
  - Pascal Richet
  - 1. Introduction43
  - Aide-mémoire44
  - 2. La pression, variable thermodynamique46
  - 2.1 Pression et compressibilités46
  - 2.1.1 Pression, tension de l'énergie mécanique46
  - 2.1.2 Compressibilité isotherme47
  - 2.1.3 Compressibilité adiabatique et modules de compression48
  - 2.1.4 Rapport de compressibilités48
  - 2.1.5 Variations des compressibilités avec la température et la pression49
  - 2.2 Pression et potentiels thermodynamiques49
  - 2.2.1 Enthalpie49
  - 2.2.2 Critères d'évolution50
  - 2.3 Expressions différentielles51
  - 2.3.1 Définitions thermodynamiques de la pression51
  - 2.3.2 Relations de Maxwell52
  - 3. Équations d'état52
  - 3.1 Équations d'état thermodynamiques53
  - 3.1.1 De l'énergie interne et de l'enthalpie à une équation d'état53
  - 3.1.2 Pression thermique54
  - 3.2 Équations d'état de fluides55
  - 3.2.1 Gaz parfaits55
  - 3.2.2 Gaz réels55
  - 3.2.3 Lois de mélange57
  - 3.3 Phases condensées59
  - 3.3.1 Équations empiriques59
  - 3.3.2 Équation de Murnaghan59
  - 3.3.3 Équation de Vinet61
  - 3.3.4 Équations de déformation finie62
  - 3.4 Effets de la température64
  - 3.4.1 Estimations de coefficients de dilatation64
  - 3.4.2 Équation de Mie-Grüneisen65
  - 4. Transformations de phases65
  - 4.1 Loi d'action de masse66
  - 4.1.1 Constantes d'équilibre66
  - 4.1.2 Variations des constantes d'équilibre avec la température et la pression66
  - 4.1.3 Lois de Raoult et de Henry67
  - 4.1.4 Pression osmotique67
  - 4.2 Équilibres univariants simples69
  - 4.2.1 Équation de Clapeyron69
  - 4.2.2 Lois de Le Châtelier69
  - 4.2.3 Enthalpies et entropies de transformation70
  - 4.2.4 Équilibres entre solides et courbes de fusion71
  - 4.2.5 Calcul général d'une courbe d'équilibre72
  - 4.2.6 Équilibre eutectique73
  - 4.3 Théorie de Landau des transitions de phases continues75
  - 4.3.1 Paramètre d'ordre75
  - 4.3.2 Critères de stabilité75
  - 4.3.3 Application à des transitions continues induites par la pression76
  - 4.4 Transformations impliquant des amorphes78
  - 4.4.1 Amorphes et déséquilibre interne78
  - 4.4.2 Compaction permanente des verres78
  - 4.4.3 Amorphisation sous pression81
  - Références bibliographiques83
  - Chapitre 2 La liaison chimique : influence de la pression 85
  - Gérard Demazeau
  - 1. Introduction85
  - 2. Rappels sur la liaison chimique85
  - 3. Apport des hautes pressions dans la création de nouvelles liaisons chimiques86
  - 3.1 Effets macroscopiques des hautes pressions86
  - 3.1.1 L'implication des hautes pressions dans la stabilisation de précurseurs87
  - 3.1.1.1 Stabilisation de précurseurs instables87
  - 3.1.1.2 La stabilisation de précurseurs thermiquement instables87
  - 3.1.1.3 Synthèse de nouveaux matériaux à partir de précurseurs caractérisés par des propriétés physico-chimiques différentes87
  - 3.1.2 Rôle des hautes pressions dans l'accroissement de réactivité88
  - 3.1.2.1 L'effet de densification et la synthèse de nouveaux matériaux88
  - 3.1.2.2 La synthèse de matériaux à base d'éléments légers : voie d'accès vers des liaisons très covalentes89
  - 3.1.2.3 La stabilisation de matériaux renfermant un élément à un degré d'oxydation élevé90
  - 3.1.2.4 La synthèse solvothermale92
  - 3.2 Effets microscopiques des hautes pressions95
  - 3.2.1 La modification de taille ou de structure électronique des atomes ou des ions95
  - 3.2.2 La modification de la structure électronique des atomes ou des ions95
  - 4. Conclusion95
  - Références bibliographiques97
  - Chapitre 3 Influence de la pression sur la réactivité, la sélectivité et la cinétique en chimie moléculaire 101
  - Françoise Dumas
  - 1. Introduction101
  - 2. La chimie des molécules organiques : concepts et défis101
  - 2.1 Premier concept de base : les fonctions102
  - 2.1.1 Fonctions102
  - 2.1.2 Chimio-, régio- et stéréosélectivité102
  - 2.2 Deuxième concept de base : isomérie et stéréochimie102
  - 2.2.1 Centres asymétriques, isomères, énantiomères, stéréoisomères, diastéréoisomères103
  - 2.2.2 Isomères optiques (optiquement actifs), antipodes105
  - 2.2.3 Chiralité et activité biologique105
  - 2.2.4 Synthèse asymétrique, synthèse énantiosélective, résolution106
  - 2.3 Réactions et sélectivité107
  - 2.4 Thermodynamique chimique108
  - 2.4.1 Généralités108
  - 2.4.2 Réversibilité et constante d'équilibre K109
  - 2.5 Cinétique chimique109
  - 2.5.1 Constante de vitesse k et énergie d'activation109
  - 2.5.2 Théorie de l'état de transition109
  - 2.6 Contrôles thermodynamique et cinétique111
  - 3. Influence de la pression en chimie moléculaire112
  - 3.1 Effet thermodynamique de la pression112
  - 3.2 Effet cinétique de la pression113
  - 3.3 Profils volumiques113
  - 3.4 Le volume d'activation DeltaV¹¹⁴
  - 3.5 Interprétation du volume d'activation115
  - 3.5.1 Volume d'activation intrinsèque : DeltaV^_int116
  - 3.5.2 Volume d'activation thermique : DeltaV^_therm116
  - 3.5.3 Volume d'activation de solvatation : DeltaV^_solv117
  - 3.6 Coefficients d'accélération117
  - 3.7 Facteurs limitant l'accélération119
  - 3.8 Choix du solvant121
  - 3.9 Sélectivité de processus compétitifs121
  - 4. Exemples d'application125
  - 4.1 Réactions de cycloadditions126
  - 4.1.1 Synthèse de la cantharidine126
  - 4.1.2 Synthèses d'anthracyclines128
  - 4.1.3 Synthèse d'analogues de sucres131
  - 4.1.4 Synthèse de taxanes131
  - 4.1.5 Synthèse d'analogues de l'ottélione A132
  - 4.1.6 Réactions de Diels-Alder asymétriques133
  - 4.1.7 Activation par catalyse sous pression136
  - 4.1.8 Cycloadditions tandem en phase solide138
  - 4.2 Réactions d'addition de Michael139
  - 4.2.1 Synthèse de la brucéantine139
  - 4.2.2 Synthèse du (-)-malyngolide140
  - 4.2.3 Synthèse de quadranes141
  - 4.2.4 Synthèse de Bêta-aminoesters142
  - 4.2.5 Synthèse de spirocyclamines144
  - 4.3 Réactions d'aldolisation145
  - 4.3.1 Généralités145
  - 4.3.2 Synthèse de rétinoïdes145
  - 4.4 Réactions de Baylis-Hillman146
  - 4.5 Réactions de Wittig147
  - 4.6 Liaisons hydrogène149
  - 5. Conclusion150
  - Références bibliographiques151
  - Chapitre 4 Corrélations et structures électroniques : influence de la pression 155
  - Jean-Paul Itié, Gérard Demazeau et François Baudelet
  - 1. Introduction155
  - 2. Transition isolant-métal156
  - 2.1 Fermeture de la bande interdite156
  - 2.2 Transition isolant métal induite par une modification cristallographique159
  - 2.3 Distorsion de Peierls «inverse»160
  - 2.4 Délocalisation des électrons f161
  - 3. Les phénomènes électroniques induits par la pression165
  - 3.1 Introduction165
  - 3.2 Les phénomènes électroniques intra-atomiques166
  - 3.2.1 Les changements de configurations électroniques166
  - 3.2.2 Les transitions électroniques entre orbitales de natures différentes167
  - 3.3 Les phénomènes électroniques inter-atomiques168
  - 3.3.1 Le phénomène de transfert de charges168
  - 3.3.2 Le phénomène de dismutation171
  - 3.3.3 Transition électronique d'un état localisé vers un système délocalisé171
  - 3.4 Conclusion172
  - 4. Le rôle de la pression sur les propriétés magnétiques et supraconductrices des matériaux172
  - 4.1 Les propriétés magnétiques172
  - 4.1.1 Les métaux de transitions172
  - 4.1.2 Le cas des terres rares174
  - 4.2 Les propriétés supraconductrices176
  - 4.2.1 La supraconductivité176
  - 4.2.2 La pression et la supraconductivité179
  - Annexe (de A)182
  - Réseau réciproque182
  - Densité d'états182
  - a) Densité d'états d'un électron libre à une dimension182
  - b) Densité d'états d'un système d'électrons libres à trois dimensions183
  - Fonction de Bloch - périodicité du cristal184
  - Zones de Brillouin185
  - Glossaire (de C)186
  - 1 Énergie d'échange et interaction d'échange186
  - 2 Température d'ordre et ordre magnétique186
  - 3 Champ moléculaire186
  - 4 Invar186
  - 5 Isolant de Mott187
  - 6 RKKY187
  - 7 XMCD188
  - Références bibliographiques189
  - Chapitre 5 Transitions de phase à haute pression 191
  - Denis Andrault
  - 1. Introduction192
  - 2. Transition de phase et équilibre thermodynamique194
  - 2.1 Critère d'enthalpie libre minimal194
  - 2.2 Volume d'activation196
  - 2.3 Transition displacive ou reconstructive196
  - 2.4 Pente de Clapeyron199
  - 2.5 Décomposition chimique201
  - 3. Les précurseurs de la transition de phase202
  - 3.1 L'objectif de la compacité maximale202
  - 3.2 Mécanisme de compression203
  - 3.3 Instabilité élastique204
  - 3.4 Rôle des défauts cristallins206
  - 4. Transformation impliquant un état désordonné209
  - 4.1 Amorphisation sous pression209
  - 4.2 Modèle d'amorphisation211
  - 4.3 Densification dans un milieu désorganisé213
  - 4.4 Transition du premier ordre dans un liquide215
  - 5. Effet de la température sur la transition engendrée par la pression216
  - 5.1 Comparaison des effets de pression et température216
  - 5.2 Effet de la température sur les limites élastiques217
  - 5.3 Transition propre à l'élévation de la température à haute pression218
  - 5.4 Croissance cristalline à haute pression219
  - 5.5 Cinétique de transformation à haute pression221
  - 6. Conclusion224
  - Références bibliographiques226
  - Chapitre 6 Pression et température : outils thermodynamiques dans l'étude des systèmes biologiques (Les réactions enzymatiques) 229
  - Franck Travers et Claude Balny
  - 1. Introduction229
  - 2. Considérations thermodynamiques231
  - 2.1 Constante d'équilibre231
  - 2.2 Constante de vitesse232
  - 2.3 Variation d'une constante de vitesse en fonction de T et P : thermodynamique234
  - 3. Applications à la catalyse enzymatique235
  - 3.1 Principe de la catalyse enzymatique235
  - 3.2 Catalyse enzymatique et pression236
  - 4. Résultats expérimentaux237
  - 4.1 Étude de la cinétique de formation d'un analogue de l'état de transition : la créatine kinase (CPK)237
  - 4.2 Une réaction en deux étapes : étude thermodynamique de la formation du complexe 1 de la peroxydase de raifort (HRP)240
  - 4.3 Études dynamiques sur un système complexe : l'hydroxylamine oxydoréductase244
  - 4.3.1 Formation du complexe CO-P₄₆₀244
  - 4.3.2 Cinétiques de réduction de l'hydroxylamine oxydoréductase par l'hydroxylamine247
  - 4.4 La myosine, moteur moléculaire : étude de la fixation de l'ATP249
  - 5. Conclusions251
  - Références bibliographiques253
  - Chapitre 7 Structure, dynamique et solvatation des systèmes biologiques sous pression 255
  - Claude Balny et Patrick Masson
  - 1. Introduction255
  - 2. Concepts généraux256
  - 2.1 La thermodynamique appliquée aux systèmes biologiques256
  - 2.2 Effets de la pression sur les protéines258
  - 2.2.1 Problématique : perturbations structurales258
  - 2.2.2 Action de la pression sur les structures protéiques260
  - 2.2.3 Action de la pression sur la dynamique des molécules biologiques260
  - 2.2.4 Action de la pression sur les interactions moléculaires faibles262
  - 2.3 La solvatation262
  - 2.3.1 Macromolécules et solvant263
  - 2.3.2 La pression osmotique264
  - 2.4 Technologie spécifique aux études biochimiques sous pression hydrostatique265
  - 3. Exemples269
  - 3.1 Comment étudier la modification conformationnelle et la flexibilité structurale d'une protéine se dénaturant sous l'effet de la pression ?270
  - 3.2 Pourquoi une protéine peut-elle être très stable ? Etude de la ribonucléase P2273
  - 3.3 Quel est le rôle des glycanes (chaînes oligosaccharidiques, i.e. chaînes sucrées) dans la stabilité d'une protéine ?275
  - 3.4 Dans le cas d'une enzyme dimérique, la dimérisation est-elle nécessaire pour que l'enzyme soit active ?279
  - 3.5 Cas des structures très complexes : les virus282
  - 4. Les applications biotechnologiques285
  - 4.1 Agroalimentaire285
  - 4.2 Médecine et pharmacie285
  - 4.3 Bio-séparation288
  - 5. Conclusions288
  - Références bibliographiques290
  - Conclusion 293
  - Liste des auteurs 295
  - Table des matières 297
Origine de la notice:
- Electre