L Eau Et Ses Caractéristiques

Une propriété très importante de l’eau est sa nature polaire. La molécule d’eau forme un angle de 104.45° au niveau de l’atome d’oxygène entre les deux liaisons avec les atomes d’hydrogène. Puisque l’oxygène a une électronégativité plus forte que l’hydrogène, l’atome d’oxygène a une charge partielle négative δ-, alors que les atomes d’hydrogène ont une charge partielle positive δ+. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule polaire). Ainsi, l’eau a un moment dipolaire de 1,83 Debye. Cette polarité fait que les molécules d’eau s’attirent les unes les autres, le côté positif de l’une attirant le côté négatif d’une autre. Un tel lien électrique entre deux molécules s’appelle une liaison hydrogène.

Cette polarisation permet aussi à la molécule d’eau de dissoudre les corps ioniques, en particulier les sels, en entourant chaque ion d’une coque de molécules d’eau par un phénomène de solvatation.

Cette force d’attraction, relativement faible par rapport aux liaisons chimiques covalentes de la molécule elle-même, explique certaines propriétés comme le point d’ébullition élevé (quantité d’énergie calorifique nécessaire pour briser les liaisons hydrogène), ainsi qu’une capacité calorifique élevée.

À cause des liaisons hydrogènes également, la densité de l’eau liquide est supérieure à la densité de la glace.

L’état solide de l’eau est laglace ; l’état gazeux est lavapeur d'eau. L’état de l’eau dépend des conditions de pression P et de température T. Il existe une situation unique (P,T) dans laquelle l’eau coexiste sous les trois formes solide, liquide, et gazeux ; cette situation est appelée « point triple de l’eau », elle a lieu à une température de273,16 K (0,01 °C) et une pression de 611,2 Pa.

Les unités de température (degrés Celsius, kelvin) sont définies en prenant ce point triple de l’eau comme référence.

La vitesse du son dans l’eau est de 1 500 m⋅s-1 dans les conditions normales de température et de pression.

La conductivité électrique de l'eau pure à 20 °C est très faible : 5,5×10-6 S·m-1. L'eau pure est donc considérée comme un isolant électrique.

La masse d’un litre d’eau à la température de 4 °C était la première définition dukilogramme. Par approximation, on prend pour masse volumique de l’eau dans les conditions normales la valeur de 1 000 kg·m-3, une tonne par mètre cube ou encore un kilogramme par litre (1 kg·l-1).

La chaleur massique de l’eau est de 4 186 J·kg-1·K-1 dans les conditions normales de température et de pression. L’eau était utilisée comme étalon de chaleur dans d’anciens systèmes d’unité : la calorie (et la frigorie) quantifiait la chaleur à apporter pour augmenter d’un degré Celsius la température d’un gramme d’eau : soit 4,185 J.

L’eau est pratiquement considérée comme un fluide incompressible dans la plupart des applications. Son coefficient de compressibilité est de 4,5×10-10 Pa-1

a) Dissolution du chlorure de sodium dans l'eau

Nous avons vu qu'il fallait atteindre une température élevée (température de fusion tF = 801 °C) pour que le solide cristallin fonde en donnant un liquide dans lequel les ions sont devenus mobiles. (54)

Par contre, c'est à la température ordinaire que la dissolution du chlorure de sodium dans l'eau se produit. (55)

Les molécules d'eau, polaires, exercent sur le cristal des forces électriques qui détruisent le cristal ionique. (56)

Voyons ce que deviennent les ions dissous dans l'eau.

Les molécules d'eau polaires s'orientent sous l'action de forces électriques. Leur pôle négatif (atome O) est attiré par un ion Na +, leur pôle positif (situé au milieu des atomes H) est attiré par un ion Cl -.

(57)

Pour rappeler que les ions Na + et Cl - sont solvatés (liés à des molécules d'eau) on les écrira souvent Na +(aqueux) et Cl -(aqueux) ou, plus simplement, Na +(aq) et Cl -(aq). (58)

Remarque : Le phénomène de solvatation des ions, dû à l'interaction ion-dipôle, est général et d'autant plus accentué que l'ion est petit et que sa charge est élevée.

c) Solvatation de l'ion H +

L'atome d'hydrogène H est formé d'un noyau (ne comportant qu'un seul proton positif) et d'un électron négatif. L'ion H + est donc un proton. Cet ion est très petit. Il forme avec l'eau une liaison très forte qui permet de considérer l'ion H + (aq) comme l'espèce H3O +, appelée ion oxonium (de préférence à hydronium).

La solvatation de l'ion H + s'écrit :

H + + H2O H3O + (59)

Rappelons la structure pyramidale à base triangulaire de l'ion oxonium :

Cet ion H3O +, présent dans une solution aqueuse, lui confère des propriétés acides. Parfois, on le notera plus simplement H + (aq).

d) Dispersion des ions

Les deux étapes précédentes, dissociation du cristal en ions séparés, solvatation des ions, sont suivies de la dispersion des ions solvatés dans tout le volume occupé par le liquide. (60)

2-4 Formules des solutions ioniques

a) Notations

•€Une solution aqueuse de chlorure de sodium est notée Na + (aq) + Cl - (aq). (61)

On tolère d'écrire Na + + Cl - mais en aucun cas NaCl.

•€Une solution aqueuse de sulfate d'aluminium est notée 2 Al + + + (aq) + 3 SO4 - - (aq). (62)

On tolère l'écriture 2 Al + + + + 3 SO4 - - mais en aucun cas Al2(SO4)3.

Remarque : La notation Al2(SO4)3 est admise pour désigner le solide ionique sulfate d'aluminium mais en aucun cas pour désigner sa solution aqueuse. De même NaCl désigne le solide ionique chlorure de sodium (sel de cuisine) mais en aucun cas la solution aqueuse correspondante. (63)

b) Réaction associée à la dissolution d'un composé chimique dans l'eau

La

...