Les propriétés physiques et chimiques de l’eau : généralités et curiosités
L’eau est vitale pour la vie ! Elle couvre 70% de la planète, c’est une molécule simple aux propriétés complexes. Une des rares substance à exister dans la nature sous les trois formes : gaz, liquide et solide. Quelles sont ses propriétés et ses curiosités ? Car l’eau est un composé bien curieux sur bien des aspects physiques et chimiques…
Propriétés générales
Contrairement à la plupart des liquides :
– l’eau se dilate en se solidifiant,
– elle se contracte à la fusion,
– elle atteint sa densité maximale à 4°C,
– sa viscosité diminue lorsqu’on la comprime,
– elle a des propriétés électriques et thermiques uniques,
– elle accumule une quantité de chaleur anormalement élevée,
– sa température d’ébullition est très supérieure à celle attendue.
À la fin des années 1700, Lavoisier et Cavendish, séparément, découvrent que l’eau se compose :
– d’air inflammable (hydrogène) et
– d’air vital (oxygène)
En fait, l’eau est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.
Symbole H2O : oxyde d’hydrogène.
Masse atomique ou moléculaire
L’eau est composé d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène.
Oxygène : 16 grammes.
Hydrogène: 2*1 grammes.
Masse molaire de l’eau : 18 grammes.
Liaisons covalentes
Chaque atome d’oxygène est solidaire des deux hydrogènes par des liaisons chimiques. Singularité de l’eau : chaque atome d’oxygène a des relations particulières avec les atomes d’hydrogène des molécules voisines baptisées les liaisons hydrogène :
– ces liaisons se font et de défont des milliards de fois par seconde,
– elles sont responsables de la formation de réseaux d’hexagones,
– il en résulte une sorte d’arrangement à la manière des cristaux, plutôt qu’une anarchie chaotique comme pour la plupart des liquides,
– ceci explique que l’eau est anormalement stable.
Curiosités de l’eau
1) La glace flotte sur l’eau : la densité de la glace est 8% inférieure à celle de l’eau liquide.
Ceci qui entraîne que 8% de la masse d’un glaçon se trouve au dessus de la surface ou vision plus large : 8% de la masse des icebergs est en surface.
2) Le passage eau glace se fait avec dilatation : si l’eau occupe un volume contraint, le récipient subit une pression colossale (plus de 2000 bars).
La quasi-totalité des liquides ont la propriété inverse: ils se contractent en se solidifiant.
3) Étoiles à 6 branches : les flocons de neige ont la forme d’étoiles à 6 branches. Les molécules d’eau s’organisent en réseaux hexagonaux. Il existe 12 variétés de glace (voir articles suivants).
L’eau référentielle de nos unités de mesures physiques
Température : par définition de l’échelle des degrés Celsius, sous pression atmosphérique normale.
Point de fusion : 0°C
Point d’ébullition : 100°C
Par définition, la calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de l’eau de 14,5 à 15,5°C de 1 gramme d’eau distillée.