Une longue histoire de la matière

Un niveau d’organisation : les éléments chimiques

Tous les êtres vivants sont composés des mêmes éléments chimiques de base que les éléments non vivants. Cependant, leurs proportions sont différentes : cela produit des molécules spécifiques.

➝ La croûte terrestre (matière minérale) est composée majoritairement d’oxygène, d’hydrogène, de fer, de silicium et de magnésium (O, H, Fe, Si, Mg).

➝ Les êtres vivants (matière organique) sont constitués de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote, éléments indispensables à la vie (C, H, O, N).

Il existe 3 familles principales de molécules organiques (molécules qui composent le vivant) :

• Les glucides : (➝ C, H, O) dont les sucres (glucoses : C₆, H₁₂, O₆).
• Les lipides : (➝ C, H, O) c’est-à-dire les graisses et leurs dérivés.
• Les protides (protéines) : (➝ C, H, O, N + S, P…) contiennent les protéines formées d’un ensemble d’acides aminés.

Tous les éléments chimiques sur Terre sont apparus à partir de l‘hélium et de l’hydrogène grâce à des réactions de fusion et de fission nucléaire.

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Des édifices ordonnés : les cristaux

• Minéral ➝ se caractérise par sa composition chimique et par sa structure cristalline, espèce chimique qui s’organise en cristaux (ex : biotite).
• Cristal ➝ atomes agencés en système cristallin.
• Texture grenue : lorsque les cristaux dans une roche sont jointifs.
• Texture microlithique : cristaux de petites tailles éparpillés dans une pâte homogène (verre).

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 et leur organisation cristalline.

Une roche est formée de l’association de cristaux d’un même minéral ou de plusieurs minéraux.

Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (la calcite de la coquille calcaire, l’oxalate de calcium du calcul rénal, etc.).

➝ Dans la nature, on retrouve des solides sous forme amorphe ou cristalline. La formulation des cristaux est la cristallisation.

Des solides amorphes ou cristallins

Une roche peut présenter une structure cristalline ou amorphe.

• Un solide amorphe (ou structure amorphe) est constitué d’entités chimiques dont l’arrangement n’est pas ordonné. Exemple : le verre est un solide amorphe, les molécules qui le composent ne sont pas ordonnées de façon géométrique.
• Un solide cristallin (ou structure cristalline) est constitué d’entités chimiques arrangées de façon ou de manière régulière et ordonnées dans les 3 directions de l’espace. Les roches à structure cristalline peuvent soit être complètement cristallisées, on parle alors d’une structure grenue ou holocristalline, soit la roche n’est pas complètement cristallisée et on parle alors de structure hémicristalline ou microlithique.

Les cristaux dans l’environnement

Dans l’environnement, les minéraux et certains organismes biologiques présentent des structures cristallines.

Les cristaux sont formés dans le sol de la terre. Ils s’assemblent ensuite avec d’autres éléments, notamment du verre, pour former des roches. Par exemple, l’aragonite et calcite sont deux formes cristallines du carbonate de calcium, un composé de formule chimique CaCo₃.