FAQ sur la chimie de l'eau

Comment les molécules d'eau sont-elles liées entre elle?

Les atomes d'hydrogène sont attirés vers d'autres atomes tels que les atomes d'oxygène, car ses électrons sont attirés par l'atome d'oxygène, celui-ci ayant une plus grande force d'attraction vis à vis des électrons. Par conséquent l'atome d'oxygène a une charge partielle légèrement négative et les atomes d'hydrogène ont une charge partielle légèrement positive. Les atomes d'hydrogène avec une légère charge positive sont alors attirés par les atomes d'oxygène chargés légèrement négativement appartenant à d'autres molécules d'eau. Ces forces d'attraction s'appellent les liaisons hydrogène. Du fait de ces forces entre les atomes d'hydrogène et de d'oxygène, le point d'ébullition de l'eau est nettement plus élevé que celui auquel on s'attend si on regarde les points d'ébulltion des molécule de même masse.
Des liaisons hydrogène peuvent également être formés entre les atomes d'hydrogène et les atomes de soufre ou d'azote (on les trouve dans les groupes SH et NH2).

sur ce schéma vous pouvez voir à quoi ressemblent les liaisons hydrogène de l'eau:


Liaisons hydrogène

Comment l'eau s'évapore-t-elle?

Pour faire évaporer l'eau, on doit fournir de l'énergie. Les molécules d'eau absorbent cette énergie individuellement. Du fait de cette absorption d'énergie les liaisons hydrogène reliant les molécules d'eau entre elles se cassent. Les molécules sont maintenant à l'état gazeux; elle forme la vapeur d'eau. Le changement de phase liquide-vapeur s'appelle l'évaporation. Pendant l'évaporation une molécule d'eau absorbe de la chaleur, su'on appelle chaleur latente.

Quelles sont les propriétés thermiques de l'eau?

Les propriétés thermiques d'un liquide sont les propriétés ayant trait aux transferts de chaleur dans le liquide. On distinguent deux valeurs permettant de décrire ces propriétés: la chaleur latente et la chaleur spécifique.

La chaleur spécifique est la quantité de la chaleur nécessaire pour élever la température de l'unité de masse de 1 degré celsius. La relation entre la chaleur et le changement de température est la suivante:

Q = c*m*dT

Q = chaleur ajoutée
c = chaleur spécifique
m = masse
dT = variation de température

La chaleur spécifique d'un liquide est exprimée en kilojoules par kilogramme et par degré Celsius. La chaleur spécifique de l'eau est de 4,18 kJ/kg * ^o C à 0 ^o C.

La chaleur latente est l'énergie qui est absorbée par les molécules d'eau pour s'évaporer. C'est la chaleur qu'il faut fournir à l'unité de masse pour la transformer en vapeur aux conditions d'équilibre à la température considérée. Lorsque l'on repasse en phase liquide on récupère cette énergie.
La chaleur latente est exprimée en kilojoule par kilogramme (kJ/kg). La chaleur latente de l'eau est 2250 kJ/kg à la pression normale et à une température de 100 ^o C.

Comment détermine-t-on la solubilité des gaz dans l'eau?

La loi de Henry détermine la solubilité de gaz dans l'eau. Cette loi relie la pression partielle d'un gaz à sa fraction molaire dans la phase liquide, et donne ainsi quelle quantité de gaz est dissous. D'après les calculs effectués grâce à cette loi, l'oxygène est plus soluble dans l'eau que l'azote.
La loi de Henry est la suivante:
P = H * x
Où P est la pression partielle du gaz, H est une constante qui diffère pour chaque gaz et x est la fraction molaire du gaz dans la phase liquide.
Certains gaz ont un comportement particulier lorsqu'ils sont dissout. Le dioxide de carbone, l'acide sulfurique et les divers composés volatils, tels que le chlorure d'hydrogène, se dissolvent et se co,bine avec les molécules d'eau (ainsi par exemple le CO2 est présent sous cette forme mais aussi sous la forme H2CO3). Leur coefficient de solubilité est beaucoup plus important que celui des autres gaz.

Comment détermine-t-on la solubilité des liquides dans l'eau?

Les molécules d'eau sont polaires. C'est pourquoi la solubilité d'un liquide est déterminée par sa polarité. Les substances polaires contiennent souvent des groupements OH^- , SH ^- et NH ₂ ^-. Plus un liquide contiens ce type de groupe, plus il sera soluble dans l'eau. En effet ces groupes pourront former des liaisons hydrogènes avec l'eau.

Qu'est-ce que l'oxidation et la réduction?

Une réaction où il y a transfert d'éléctrons d'un composé à un autre est appelé réaction d'oxido-réduction ou redox. Lorsqu'un composé capture des électrons c'est une réaction de réduction:

ex: Cu ²⁺ (aq) + è ^- - > Cu(s).

L'accepteur d'électron, ici Cu ²⁺, est appelé l'oxydant.

Lorsqu'un composé cède des électrons c'est une oxydation:

ex: Zn(s) - > Zn ²⁺ + è ^-.

Le donneur d'électron, ici Zn, est appelé le réducteur.

Une réaction rédox entre deux composés est la somme de ces deux réactions:

ex: Cu ²⁺ (aq) + Zn(s) - > Zn ²⁺ (aq) + Cu(s).

L'eau peut participer aux réactions rédox. En effet l'eau peut être un donneur d'électrons, c'est un réducteur. En général de lorsque l'eau intervient comme réducteur on génère de l'oxygène. L'eau peut également agir en tant qu'accepteur d'électrons,en tant qu'oxydant.

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