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L’eau est la substance chimique de formule chimique H
2o; une molécule d’eau a deux atomes d’hydrogène liés de manière covalente à un seul atome d’oxygène.L’eau est un liquide insipide et inodore à température et pression ambiantes. L’eau liquide a de faibles bandes d’absorption à des longueurs d’onde d’environ 750 nm, ce qui lui donne l’impression d’avoir une couleur bleue. Cela peut facilement être observé dans un bain rempli d’eau ou un lavabo dont la doublure est blanche. Les gros cristaux de glace, comme dans les glaciers, apparaissent également en bleu.,

dans des conditions standard, l’eau est principalement un liquide, contrairement à d’autres hydrures analogues de la famille de l’oxygène, qui sont généralement gazeux. Cette propriété unique de l’eau est due à la liaison hydrogène. Les molécules d’eau se déplacent constamment les unes par rapport aux autres, et les liaisons hydrogène se brisent et se reforment continuellement à des échelles de temps supérieures à 200 femtosecondes (2×10-13 secondes).Cependant, ces liens sont assez forts pour créer de nombreuses propriétés particulières de l’eau, dont certaines font partie intégrante de la vie.,

eau, glace et vapeurrédit

dans l’atmosphère et la surface de la Terre, la phase liquide est la plus courante et est la forme généralement désignée par le mot « eau ». La phase solide de l’eau est connue sous le nom de glace et prend généralement la structure de cristaux durs et amalgamés, tels que des glaçons, ou de cristaux granulaires faiblement accumulés, comme la neige. Mis à part la glace cristalline hexagonale commune, d’autres phases cristallines et amorphes de la glace sont connues. La phase gazeuse de l’eau est connue sous le nom de vapeur d’eau (ou vapeur)., La vapeur et les nuages visibles se forment à partir de minuscules gouttelettes d’eau en suspension dans l’air.

l’eau forme également un fluide supercritique. La température critique est de 647 K et la pression critique est de 22,064 MPa. Dans la nature, cela ne se produit que rarement dans des conditions extrêmement hostiles. Un exemple probable d’eau supercritique naturelle se trouve dans les parties les plus chaudes des évents hydrothermaux en eau profonde, dans lesquels l’eau est chauffée à la température critique par des panaches volcaniques et la pression critique est causée par le poids de l’océan aux profondeurs extrêmes où se trouvent les évents., Cette pression est atteint à une profondeur d’environ 2200 mètres: beaucoup moins que la profondeur moyenne de l’océan (3800 mètres).

capacité thermique et chaleurs de vaporisation et de fusionmodifier

L’eau a une capacité thermique spécifique très élevée de 4181,4 J/(kg·K) à 25 °C – la les espèces hétéroatomiques (après ammoniac), ainsi qu’une forte chaleur de vaporisation (40.,65 kJ/mol ou 2257 kJ / kg au point d’ébullition normal), qui sont tous deux le résultat de la liaison hydrogène étendue entre ses molécules. Ces deux propriétés inhabituelles permettent à l’eau de modérer le climat terrestre en amortissant de grandes fluctuations de température. La plupart de l’énergie stockée dans le système climatique depuis 1970, s’est accumulée dans les océans.

l’enthalpie spécifique de fusion (plus communément appelée chaleur latente) de l’eau est de 333.,55 kJ/kg à 0 °C: la même quantité d’énergie est nécessaire pour faire fondre la glace de glace chaude de -160 °C jusqu’à son point de fusion ou pour chauffer la même quantité d’eau d’environ 80 °C. De substances courantes, seulement que de l’ammoniac est plus élevé. Cette propriété confère une résistance à la fonte de la glace des glaciers et de la glace dérivante. Avant et depuis l’avènement de la réfrigération mécanique, la glace était et est toujours d’usage courant pour retarder la détérioration des aliments.

La capacité thermique massique de la glace à -10 °C est 2030 J/(kg·K)et la capacité calorifique de la vapeur à 100 °C est de 2080 J/(kg·K).,

Densité de l’eau et iceEdit

La densité de l’eau est d’environ 1 gramme par centimètre cube (62 lb/pi cu): cette relation a été initialement utilisé pour définir le gramme. La densité varie avec la température, mais pas linéairement: à mesure que la température augmente, la densité monte à un pic à 3,98 °c (39,16 °F) puis diminue; ceci est inhabituel. La glace hexagonale régulière est également moins dense que l’eau liquide—lors de la congélation, la densité de l’eau diminue d’environ 9%.,

ces effets sont dus à la réduction du mouvement thermique avec le refroidissement, ce qui permet aux molécules d’eau de former plus de liaisons hydrogène qui empêchent les molécules de se rapprocher les unes des autres. Alors qu’en dessous de 4 °C, la rupture des liaisons hydrogène due au chauffage permet aux molécules d’eau de se rapprocher malgré l’augmentation du mouvement thermique (qui tend à dilater un liquide), au-dessus de 4 °C, l’eau se dilate à mesure que la température augmente. L’eau près du point d’ébullition est environ 4% moins dense que l’eau à 4 °c (39 °F).,

sous pression croissante, la glace subit un certain nombre de transitions vers d’autres polymorphes de densité plus élevée que l’eau liquide, tels que la glace II, la glace III, la glace amorphe à haute densité (HDA) et la glace amorphe à très haute densité (VHDA).,

la courbe de densité inhabituelle et la densité de la glace inférieure à celle de l’eau sont vitales pour la vie—si l’eau était la plus dense au point de congélation, alors en hiver, l’eau très froide à la surface des lacs et autres plans d’eau coulerait, les lacs pourraient geler de bas en haut, et toute en eux seraient tués. De plus, étant donné que l’eau est un bon isolant thermique (en raison de sa capacité thermique), certains lacs gelés pourraient ne pas complètement dégeler en été., La couche de glace qui flotte sur le dessus isole l’eau en dessous. L’eau à environ 4 °c (39 °F) coule également vers le fond, maintenant ainsi la température de l’eau au fond constante (voir schéma).

la Densité de l’eau salée et iceEdit

La densité de l’eau salée dépend de la dissolution de la teneur en sel et de la température. La glace flotte toujours dans les océans, sinon, elle gèlerait de bas en haut. Cependant, la teneur en sel des océans abaisse le point de congélation d’environ 1.,9 °C (voir ici pour l’explication) et abaisse la température de la densité maximale de l’eau à l’ancien point de congélation à 0 °C. c’est pourquoi, dans l’eau de Mer, La convection descendante de l’eau froide n’est pas bloquée par une expansion de l’eau car elle devient plus froide près du point de congélation. L’eau froide des océans près du point de congélation continue de couler. Ainsi, les créatures qui vivent au fond des océans froids comme l’océan Arctique vivent généralement dans une eau 4 °C plus froide qu’au fond des lacs et des rivières d’eau douce gelés.

lorsque la surface de l’eau salée commence à geler (à -1.,9 °C pour une salinité normale eau de mer, 3,5%) la glace qui se forme est essentiellement sans sel, avec à peu près la même densité que la glace d’eau douce. Cette glace flotte à la surface, et le sel qui est « gelé » ajoute à la salinité et à la densité de l’eau de mer juste en dessous, dans un processus connu sous le nom de rejet de saumure. Cette eau de mer plus dense coule par convection et l’eau de mer de remplacement est soumise au même processus. Cela produit essentiellement de la glace d’eau douce à -1,9 °C à la surface. La densité accrue de l’eau de mer sous la glace en formation la fait couler vers le fond., À grande échelle, le processus de rejet de la saumure et de descente de l’eau salée froide entraîne la formation de courants océaniques pour transporter cette eau loin des pôles, conduisant à un système global de courants appelé circulation thermohaline.

miscibilité et condensationmodifier

L’eau est miscible avec de nombreux liquides, y compris l’éthanol dans toutes les proportions., L’eau et la plupart des huiles ne sont pas miscibles, formant généralement des couches en fonction de la densité croissante par le haut. Cela peut être prédit en comparant la polarité. L’eau étant un composé relativement polaire aura tendance à être miscible avec des liquides de forte polarité tels que l’éthanol et l’acétone, tandis que les composés de faible polarité auront tendance à être non miscibles et peu solubles comme avec les hydrocarbures.

en tant que gaz, la vapeur d’eau est complètement miscible avec l’air., D’autre part, la pression maximale de vapeur d’eau qui est thermodynamiquement stable avec le liquide (ou solide) à une température donnée est relativement faible par rapport à la pression atmosphérique totale.Par exemple, si la pression partielle de la vapeur est de 2% de la pression atmosphérique et que l’air est refroidi à partir de 25 °C, à partir d’environ 22 °C, l’eau commencera à se condenser, définissant le point de rosée et créant du brouillard ou de la rosée. Le processus inverse explique le brouillard brûlant le matin., Si l’humidité est augmentée à température ambiante, par exemple, en exécutant une douche chaude ou un bain, et que la température reste à peu près la même, la vapeur atteint rapidement la pression pour le changement de phase et se condense ensuite sous forme de minuscules gouttelettes d’eau, communément appelées vapeur.

un gaz saturé ou un gaz avec une humidité relative de 100% est lorsque la pression de vapeur de l’eau dans l’air est à l’équilibre avec la pression de vapeur due à l’eau (liquide); l’eau (ou la glace, si elle est assez froide) ne perdra pas de masse par évaporation lorsqu’elle est exposée à, Parce que la quantité de vapeur d’eau dans l’air est faible, de l’humidité relative, le rapport de la pression partielle en raison de la vapeur d’eau saturée partielle de la pression de vapeur, est beaucoup plus utile.Une pression de vapeur supérieure à 100% d’humidité relative est appelée Super-saturée et peut se produire si l’air est rapidement refroidi, par exemple en montant soudainement dans un courant ascendant.,

Vapor pressureEdit

CompressibilityEdit

La compressibilité de l’eau est fonction de la pression et de la température. À 0 °C, à la limite de pression nulle, la compressibilité est de 5,1×10-10 Pa-1. À la limite de pression zéro, la compressibilité atteint un minimum de 4,4×10-10 Pa−1 autour de 45 °C avant d’augmenter à nouveau avec l’augmentation de la température., À mesure que la pression augmente, la compressibilité diminue, étant de 3,9×10-10 Pa−1 à 0 °C et 100 mégapascals (1 000 bars).

le module d’eau en vrac est d’environ 2,2 GPa. La faible compressibilité des non-gaz, et de l’eau en particulier, conduit à les considérer souvent comme incompressibles. La faible compressibilité de l’eau signifie que même dans les océans profonds à 4 km de profondeur, où les pressions sont de 40 MPa, il n’y a qu’une diminution de 1,8% du volume.,

Triple pointEdit

la température et la pression auxquelles l’eau ordinaire solide, liquide et gazeuse coexistent en équilibre est un point triple de l’eau., Depuis 1954, ce point était utilisé pour définir l’Unité de base de la température, le kelvin mais, à partir de 2019, le kelvin est maintenant défini en utilisant la constante de Boltzmann, plutôt que le triple point d’eau.

en raison de l’existence de nombreux polymorphes (formes) de glace, l’eau a d’autres points triples, qui ont soit trois polymorphes de glace ou deux polymorphes de glace et de liquide en équilibre. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann à Göttingen a produit des données sur plusieurs autres points triples au début du 20ème siècle. Kamb et d’autres ont documenté d’autres points triples dans les années 1960.,

les différents triples points d’eau

Phases en équilibre stable	pression	température
eau liquide, glace Ih et vapeur d’eau	611.657 Pa	273,16 K (0,01 °C)
eau liquide, glace IH et glace III	209,9 MPa	251 K (-22 °C)
eau liquide, glace III et glace V	350,1 MPa	-17,0 °C
eau liquide, glace V et glace vi	632,4 MPa	0.,16 °C
glace Ih, glace II et glace III	213 MPa	-35 °C
glace II, glace III et glace V	344 MPa	-24 °C
glace II, glace V et glace VI	626 MPa	-70 °C

point de fusion edit

le point de fusion de la glace est de 0 °C (32 °F; 273 K) à la pression standard; cependant, l’eau liquide pure peut être surfondue température sans congélation si le liquide n’est pas perturbé mécaniquement., Il peut rester à l’état fluide jusqu’à son point de nucléation homogène d’environ 231 K (-42 °C; -44 °F). Le point de fusion de la glace hexagonale ordinaire tombe légèrement sous des pressions modérément élevées, de 0,0073 °c (0,0131 °F)/atm ou environ 0,5 °C (0,90 °F)/70 atm lorsque l’énergie de stabilisation de la liaison hydrogène est dépassée par la répulsion intermoléculaire, mais lorsque la glace se transforme en polymorphes (voir États cristallins de la glace) au-dessus de 209,9 MPa (2 072 atm), le point de fusion augmente nettement avec la pression, c’est-à-dire pour atteindre 355 K (82 °C) à 2.216 GPA (21,870 ATM) (triple point de Glace VII).,

propriétés Électriquesmodifier

conductivité Électriquemodifier

l’eau Pure ne contenant pas d’ions exogènes est un excellent isolant, mais même l’eau « déionisée » n’est pas complètement exempte d’ions. L’eau subit une auto-ionisation à l’état liquide lorsque deux molécules d’eau forment un anion hydroxyde (OH−
) et un cation hydronium (H
3O+
).

parce que l’eau est un si bon solvant, elle contient presque toujours du soluté dissous, souvent un sel., Si l’eau a même une petite quantité d’une telle impureté, alors les ions peuvent transporter des charges d’avant en arrière, permettant à l’eau de conduire l’électricité beaucoup plus facilement.

Il est connu que la résistivité électrique maximale théorique pour l’eau est d’environ 18,2 mω·cm (182 kΩ·m) à 25 °C. Ce chiffre concorde bien avec ce qui est généralement observé sur les systèmes d’eau ultra-pure à osmose inverse, ultra-filtrée et désionisée utilisés, par exemple, dans les usines de fabrication de semi-conducteurs., Un niveau de sel ou de contaminant acide dépassant même 100 parties par trillion (ppt) dans une eau autrement ultra-pure commence à réduire sensiblement sa résistivité jusqu’à plusieurs kΩ·M.

dans l’eau pure, un équipement sensible peut détecter une très légère conductivité électrique de 0,05501 ± 0,0001 µS/cm à 25,00 °c. l’eau peut également être électrolysée en oxygène et en hydrogène gazeux, mais en l’absence d’ions dissous, ce processus est très lent, car très peu de courant est conduit. Dans la glace, les principaux porteurs de charge sont les protons (voir conducteur de proton)., On pensait auparavant que la glace avait une conductivité faible mais mesurable de 1×10-10 S/cm, mais on pense maintenant que cette conductivité provient presque entièrement de défauts de surface, et sans ceux-ci, la glace est un isolant avec une conductivité incommensurablement faible.

polarité et liaison hydrogènemodifier

Une caractéristique importante de l’eau est sa nature polaire., La structure a une géométrie moléculaire courbée pour les deux hydrogènes du sommet de l’oxygène. L’atome d’oxygène a également deux paires d’électrons solitaires. Un effet généralement attribué aux paires isolées est que L’angle de courbure h–O–H en phase gazeuse est de 104,48°, ce qui est plus petit que l’angle tétraédrique typique de 109,47°. Les paires solitaires sont plus proches de l’atome d’oxygène que les électrons sigma liés aux hydrogènes, ils nécessitent donc plus d’espace. La répulsion accrue des paires solitaires force les liaisons O-H à se rapprocher les unes des autres.

Une autre conséquence de sa structure est que l’eau est une molécule polaire., En raison de la différence d’électronégativité, un moment dipolaire de liaison pointe de chaque H à L’O, rendant l’oxygène partiellement négatif et chaque hydrogène partiellement positif. Un grand dipôle moléculaire, pointe d’une région entre les deux atomes d’hydrogène à l’atome d’oxygène. Les différences de charge provoquent l’agrégation des molécules d’eau (les zones relativement positives étant attirées par les zones relativement négatives). Cette attraction, la liaison hydrogène, explique de nombreuses propriétés de l’eau, telles que ses propriétés de solvant.,

bien que la liaison hydrogène soit une attraction relativement faible par rapport aux liaisons covalentes dans la molécule d’eau elle-même, elle est responsable de plusieurs propriétés physiques de l’eau. Ces propriétés incluent ses températures de fusion et de point d’ébullition relativement élevées: plus d’énergie est nécessaire pour briser les liaisons hydrogène entre les molécules d’eau. En revanche, le sulfure d’hydrogène (H
2S) a une liaison hydrogène beaucoup plus faible en raison de l’électronégativité plus faible du soufre. H
2S est un gaz à température ambiante, bien que le sulfure d’hydrogène ait presque deux fois la masse molaire de l’eau., La liaison supplémentaire entre les molécules d’eau donne également à l’eau liquide une grande capacité thermique spécifique. Cette capacité thermique élevée fait de l’eau un bon moyen de stockage de chaleur (liquide de refroidissement) et un bouclier thermique.

cohésion et adhesionEdit

Les molécules d’eau restent proches les unes des autres (cohésion), en raison de l’action collective des liaisons hydrogène entre les molécules d’eau., Ces liaisons hydrogène se brisent constamment, de nouvelles liaisons se formant avec différentes molécules d’eau; mais à un moment donné dans un échantillon d’eau liquide, une grande partie des molécules sont maintenues ensemble par de telles liaisons.

L’eau a également des propriétés d’adhérence élevées en raison de sa nature polaire. Sur un verre extrêmement propre / lisse, l’eau peut former un film mince car les forces moléculaires entre le verre et les molécules d’eau (forces adhésives) sont plus fortes que les forces cohésives.,Dans les cellules biologiques et les organites, l’eau est en contact avec des surfaces membranaires et protéiques hydrophiles, c’est-à-dire des surfaces fortement attirées par l’eau. Irving Langmuir a observé une forte force répulsive entre les surfaces hydrophiles. Pour déshydrater les surfaces hydrophiles—pour éliminer les couches d’eau fortement maintenues de l’hydratation-nécessite de faire un travail substantiel contre ces forces, appelées forces d’hydratation. Ces forces sont très importantes mais diminuent rapidement sur un nanomètre ou moins., Ils sont importants en biologie, en particulier lorsque les cellules sont déshydratées par exposition à des atmosphères sèches ou à la congélation extracellulaire.

Surface tensionEdit

l’eau a une tension superficielle inhabituellement élevée de 71,99 mN / m à 25 °C qui est causée par la force de la liaison hydrogène entre les molécules d’eau. Cela permet aux insectes de marcher sur l’eau.

action Capillairedit

comme L’eau a de fortes forces cohésives et adhésives, elle présente une action capillaire., Une forte cohésion due à la liaison et à l’adhérence à l’hydrogène permet aux arbres de transporter l’eau à plus de 100 m vers le haut.

L’eau comme solvantmodifier

l’Eau est un excellent solvant en raison de sa forte constante diélectrique., Les Substances qui se mélangent bien et se dissolvent dans l’eau sont connues comme des substances hydrophiles (« aimant l’eau »), tandis que celles qui ne se mélangent pas bien avec l’eau sont connues comme des substances hydrophobes (« craignant l’eau »). La capacité d’une substance à se dissoudre dans l’eau est déterminée par le fait que la substance peut ou non correspondre ou mieux aux fortes forces d’attraction que les molécules d’eau génèrent entre d’autres molécules d’eau. Si une substance a des propriétés qui ne lui permettent pas de surmonter ces fortes forces intermoléculaires, les molécules sont précipitées hors de l’eau., Contrairement à l’idée fausse commune, l’eau et les substances hydrophobes ne « repoussent » pas, et l’hydratation d’une surface hydrophobe est énergétiquement, mais pas entropique, favorable.

lorsqu’un composé ionique ou polaire pénètre dans l’eau, il est entouré de molécules d’eau (hydratation). La taille relativement petite des molécules d’eau (~ 3 angstroms) permet à de nombreuses molécules d’eau d’entourer une molécule de soluté. Les extrémités dipolaires partiellement négatives de l’eau sont attirées par des composants chargés positivement du soluté, et vice versa pour les extrémités dipolaires positives.,

en général, les substances ioniques et polaires telles que les acides, les alcools et les sels sont relativement solubles dans l’eau, et les substances non polaires telles que les graisses et les huiles ne le sont pas. Les molécules Non polaires restent ensemble dans l’eau car il est énergétiquement plus favorable pour que les molécules d’eau se lient l’une à l’autre que de s’engager dans des interactions de van der Waals avec des molécules non polaires.

un exemple de soluté ionique est le sel de table; le chlorure de sodium, le NaCl, se sépare en cations Na+
et en anions Cl−
, chacun étant entouré de molécules d’eau., Les ions sont ensuite facilement transportés loin de leur réseau cristallin dans la solution. Un exemple de soluté non ionique est le sucre de table. Les dipôles d’eau forment des liaisons hydrogène avec les régions polaires de la molécule de sucre (groupes OH) et permettent de l’emporter en solution.

tunnel Quantiquemodifier

la dynamique du tunnel quantique dans l’eau a été signalée dès 1992. À cette époque, on savait qu’il y avait des mouvements qui détruisent et régénèrent la faible liaison hydrogène par des rotations internes des monomères d’eau substituants., Le 18 mars 2016, il a été rapporté que la liaison hydrogène peut être rompue par un tunnel quantique dans l’hexamère de l’eau. Contrairement aux mouvements de tunnel précédemment rapportés dans l’eau, cela impliquait la rupture concertée de deux liaisons hydrogène. Plus tard dans la même année, la découverte du tunnel quantique des molécules d’eau a été rapportée.

absorption Électromagnétiquemodifier

l’eau est relativement transparente à la lumière visible, à la lumière ultraviolette proche et à la lumière rouge lointaine, mais elle absorbe la plupart de la lumière ultraviolette, de la lumière infrarouge et des micro-ondes., La plupart des photorécepteurs et des pigments photosynthétiques utilisent la partie du spectre lumineux qui est bien transmise par l’eau. Fours à micro-ondes prendre avantage de l’eau de l’opacité au rayonnement micro-ondes pour chauffer l’eau à l’intérieur des aliments. La couleur Bleu Clair de l’eau est causée par une faible absorption dans la partie rouge du spectre visible.