QUELS SONT LES NIVEAUX D'ORGANISATION DE LA MATIÈRE? (AVEC DES EXEMPLES) - SCIENCE - 2024

Les niveaux d'organisation de la matière sont ces manifestations physiques qui composent l'Univers dans ses différentes échelles de masse. Bien que de nombreux phénomènes puissent être expliqués à partir de la physique, il existe des régions à cette échelle qui correspondent davantage aux études de chimie, de biologie, de minéralogie, d'écologie, d'astronomie et d'autres sciences naturelles.

À la base de la matière, nous avons des particules subatomiques, étudiées par la physique des particules. En gravissant les marches de votre organisation, nous entrons dans le domaine de la chimie, puis nous arrivons à la biologie; A partir de la matière désintégrée et énergétique, on finit par observer des corps minéralogiques, des organismes vivants et des planètes.

Les niveaux d'organisation de la matière sont intégrés et cohésifs pour définir des corps aux propriétés uniques. Par exemple, le niveau cellulaire est composé des éléments subatomique, atomique, moléculaire et cellulaire, mais il a des propriétés différentes de tous. De même, les niveaux supérieurs ont des propriétés différentes.

Quels sont les niveaux d'organisation de la matière?

Le sujet est organisé selon les niveaux suivants:

Niveau subatomique

Nous commençons par l'échelon le plus bas: avec des particules plus petites que l'atome lui-même. Cette étape fait l'objet d'études en physique des particules. De manière très simplifiée, on a les quarks (haut et bas), les leptons (électrons, muons et neutrinos), et les nucléons (neutrons et protons).

La masse et la taille de ces particules sont si négligeables que la physique conventionnelle ne s'adapte pas à leur comportement, il est donc nécessaire de les étudier avec le prisme de la mécanique quantique.

Niveau atomique

Toujours dans le domaine de la physique (atomique et nucléaire), on constate que certaines particules primordiales s'unissent par de fortes interactions pour donner naissance à l'atome. C'est l'unité qui définit les éléments chimiques et l'ensemble du tableau périodique. Les atomes sont essentiellement constitués de protons, de neutrons et d'électrons. Dans l'image suivante, vous pouvez voir une représentation d'un atome, avec les protons et les neutrons dans le noyau et les électrons à l'extérieur:

Les protons sont responsables de la charge positive du noyau, qui, avec les neutrons, constitue presque toute la masse de l'atome. Les électrons, par contre, sont responsables de la charge négative de l'atome, diffusée autour du noyau dans des régions électroniquement denses appelées orbitales.

Les atomes diffèrent les uns des autres par le nombre de protons, de neutrons et d'électrons qu'ils possèdent. Cependant, les protons définissent le numéro atomique (Z), qui à son tour est caractéristique de chaque élément chimique. Ainsi, tous les éléments ont des quantités différentes de protons, et leur ordre peut être vu par ordre croissant dans le tableau périodique.

Niveau moléculaire

La molécule d'eau est de loin la plus emblématique et la plus surprenante de toutes. Source: DiamondCoder

Au niveau moléculaire, nous entrons dans le domaine de la chimie, de la physicochimie, et un peu plus éloigné, de la pharmacie (synthèse de médicaments).

Les atomes sont capables d'interagir les uns avec les autres par liaison chimique. Lorsque cette liaison est covalente, c'est-à-dire avec le partage d'électrons le plus égal possible, on dit que les atomes se sont réunis pour donner naissance à des molécules.

D'un autre côté, les atomes métalliques peuvent interagir à travers la liaison métallique, sans définir de molécules; mais oui des cristaux.

En continuant avec les cristaux, les atomes peuvent perdre ou gagner des électrons pour devenir respectivement des cations ou des anions. Ces deux forment le duo connu sous le nom d'ions. En outre, certaines molécules peuvent acquérir des charges électriques, appelées ions moléculaires ou polyatomiques.

Des ions et de leurs cristaux, en grande quantité, naissent des minéraux qui composent et enrichissent la croûte terrestre et le manteau.

Cette molécule volumineuse de dendrimère de polyphénylène est un exemple de macromolécule. Source: M stone sur Wikipédia en anglais

Selon le nombre de liaisons covalentes, certaines molécules sont plus massives que d'autres. Lorsque ces molécules ont une unité structurelle et répétitive (monomère), on dit qu'elles sont des macromolécules. Parmi eux, par exemple, nous avons des protéines, des enzymes, des polysaccharides, des phospholipides, des acides nucléiques, des polymères artificiels, des asphaltènes, etc.

Il est nécessaire de souligner que toutes les macromolécules ne sont pas des polymères; mais tous les polymères sont des macromolécules.

Cet amas icosaédrique (100) de molécules d'eau est maintenu ensemble par leurs liaisons hydrogène. Ceci est un exemple de supramolécule régie par les interactions de Van der Walls. Source: Danski14

Toujours au niveau moléculaire, les molécules et les macromolécules peuvent s'agréger par les interactions de Van der Walls pour former des conglomérats ou des complexes appelés supramolécules. Parmi les plus connus, nous avons les micelles, les vésicules et la paroi lipidique à double couche.

Les supramolécules peuvent avoir des tailles et des masses moléculaires plus petites ou plus grandes que les macromolécules; Cependant, leurs interactions non covalentes sont les bases structurelles d'une myriade de systèmes biologiques, organiques et inorganiques.

Niveau d'organite cellulaire

Représentation des mitochondries, l'un des organites cellulaires les plus importants.

Les supramolécules diffèrent par leur nature chimique, c'est pourquoi elles se cohésion les unes avec les autres de manière caractéristique pour s'adapter à l'environnement qui les entoure (aqueux dans le cas des cellules).

C'est alors qu'apparaissent différents organites (mitochondries, ribosomes, noyau, appareil de Golgi, etc.), chacun destiné à remplir une fonction spécifique au sein de la colossale usine vivante que nous connaissons sous le nom de cellule (eucaryote et procaryote): l '«atome» de la vie.

Niveau de cellule

Exemple de cellule eucaryote (cellule animale) et ses parties (Source: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Au niveau cellulaire, la biologie et la biochimie (en plus d'autres sciences connexes) entrent en jeu. Dans le corps, il existe une classification des cellules (érythrocytes, leucocytes, spermatozoïdes, ovules, ostéocytes, neurones, etc.). La cellule peut être définie comme l'unité de base de la vie et il existe deux types principaux: les eucaryotes et les procatiotes.

Niveau multicellulaire

Des ensembles cellulaires distingués définissent les tissus, ces tissus sont à l'origine des organes (cœur, pancréas, foie, intestins, cerveau), et enfin les organes intègrent divers systèmes physiologiques (respiratoire, circulatoire, digestif, nerveux, endocrinien, etc.). C'est le niveau multicellulaire. Par exemple, un ensemble de milliers de cellules composent le cœur:

A ce stade, il est difficile d'étudier les phénomènes d'un point de vue moléculaire; bien que la pharmacie, la chimie supramoléculaire axée sur la médecine et la biologie moléculaire, maintiennent cette perspective et acceptent de tels défis.

Organismes

Selon le type de cellule, l'ADN et les facteurs génétiques, les cellules finissent par construire des organismes (végétaux ou animaux), dont nous avons déjà mentionné l'être humain. C'est l'étape de la vie, dont la complexité et l'immensité sont inimaginables encore aujourd'hui. Par exemple, un tigre est considéré comme un panda est considéré comme un organisme.

Niveau de population

Les grappes de ces papillons monarques montrent comment les organismes s'associent dans les populations. Source: Pixnio.

Les organismes réagissent aux conditions environnementales et s'adaptent en créant des populations pour survivre. Chaque population est étudiée par l'une des nombreuses branches des sciences naturelles, ainsi que par les communautés qui en dérivent. Nous avons des insectes, des mammifères, des oiseaux, des poissons, des algues, des amphibiens, des arachnides, des octopodes et bien d'autres. Par exemple, un ensemble de papillons constitue une population.

Écosystème

Écosystème. Source: Par LA turrita, de Wikimedia Commons

L'écosystème comprend les relations entre les facteurs biotiques (qui ont la vie) et les facteurs abiotiques (non-vie). Il se compose d'une communauté de différentes espèces qui partagent le même endroit pour vivre (habitat) et qui utilisent des composants abiotiques pour survivre.

L'eau, l'air et le sol (minéraux et roches) définissent les composants abiotiques («sans vie»). Pendant ce temps, les composants biotiques sont constitués de tous les êtres vivants dans toute leur expression et compréhension, des bactéries aux éléphants et aux baleines, qui interagissent avec l'eau (hydrosphère), l'air (atmosphère) ou le sol (lithosphère).

L'ensemble des écosystèmes de la Terre entière constitue le niveau suivant; la biosphère.

Biosphère

Diagramme de l'atmosphère terrestre, de l'hydrosphère, de la lithosphère et de la biosphère. Source: Bojana Petrović, de Wikimedia Commons

La biosphère est le niveau composé de tous les êtres vivants qui vivent sur la planète et de leurs habitats.

Revenant brièvement au niveau moléculaire, les molécules seules peuvent composer des mélanges de dimensions exorbitantes. Par exemple, les océans sont formés par la molécule d'eau, H ₂ O. À son tour, l'atmosphère est formée par des molécules gazeuses et des gaz nobles.

Toutes les planètes dignes de la vie ont leur propre biosphère; bien que l'atome de carbone et ses liaisons soient nécessairement son fondement, quelle que soit l'évolution de ses créatures.

Si vous voulez continuer à gravir l'échelle de la matière, nous entrerons enfin dans les hauteurs de l'astronomie (planètes, étoiles, naines blanches, nébuleuses, trous noirs, galaxies).

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
3. Susana G. Morales Vargas. (2014). Niveaux d'organisation de la matière. Récupéré de: uaeh.edu.mx
4. Tania. (4 novembre 2018). Niveau d'organisation de la matière. Récupéré de: scientificskeptic.com
5. Souffleur. (2019). Quels sont les niveaux d'organisation de la matière? Récupéré de: apuntesparaestudiar.com