Propriétés et particularités de l'eau liquide

Résumé du document

Dans ce paragraphe on s'intéresse à « la molécule d'eau isolée » ce qui signifie une molécule d'eau sans interaction avec une autre espèce chimique dans son environnement, ni même avec une autre molécule d'eau.

La molécule H2O est constituée de 2 atomes d'hydrogène (Z=1) et d'un atome d'oxygène (Z=8) possédant respectivement 1 et 8 électrons.
L'atome H possède un électron de valence tandis que l'atome O possède 6 électrons de valence.

Extraits

[...] Chaque molécule d'eau peut s'associer à quatre voisines par liaison H. Cette structure tridimensionnelle est partiellement conservée dans l'eau liquide où les liaisons hydrogène se font et se défont très rapidement. En effet la durée de vie moyenne d'une liaison hydrogène dans l'eau liquide est d'une picoseconde (10-12 s). Cette association entre molécules d'eau à l'état liquide est très sensible à la température. Moment dipolaire Le moment dipolaire moyen par molécule d'eau au sein de l'eau liquide est estimé à 3D. [...]

[...] Ex : H2, Cl2 - Si 0 < ��q < 1 alors la liaison est covalente polaire. Ex : HCl, liaison OH dans H2O - Si ��q = 1 alors la liaison est ionique. Ex. : NaCl, KOH, KCl Dans une molécule polyatomique, le moment dipolaire ,��. de la molécule est la somme vectorielle des moments dipolaires de chacune des liaisons. Polarité et moment dipolaire de la molécule H2O La différence d'électronégativité entre l'oxygène et l'hydrogène est telle que les liaisons O-H sont polarisées. [...]

[...] L'appariement des 8 électrons de valence selon le modèle de la liaison de Lewis aboutit à une structure de Lewis où les 8 électrons se répartissent en 2 doublets liants entre O et H et 2 doublets libres appartenant à l'atome O : Structure tridimensionnelle La molécule d'eau est coudée, l'angle entre les doublets liants est proche de 104,5° et la longueur de la liaison O-H vaut 95,7 pm Les 2 doublets libres et les 2 doublets liants pointent vers les sommets d'un tétraèdre dont l'atome d'oxygène occupe le centre (application de la théorie VSEPR). Polarité et moment dipolaire Définition Lorsque dans une liaison A-B les 2 atomes ont des électronégativités différentes, les barycentres des électrons et des protons ne sont pas confondus. La densité électronique est plus forte sur l'atome le plus électronégatif. On dit que la liaison est polarisée ou polaire. Il y a apparition de charges partielles sur chacun des atomes et formation d'un dipôle électrique de moment dipolaire symbolisé par ,�� . (Voir poly) Par convention en chimie, ,��. [...]

[...] La norme de ce moment dipolaire vaut 1,5D. La molécule d'eau est donc équivalente à un dipôle électrique où le pôle négatif est l'oxygène porteur de la charge partielle ��q et où le pôle positif porteur d'une charge partielle ��q est positionné au barycentre des deux atomes H (le milieu du segment H1H2). Liaison hydrogène La liaison hydrogène (notée en abrégée liaison associe les molécules d'eau entre elles. Elle s'établit entre l'atome H d'une molécule 1 et l'atome O d'une molécule 2. [...]

[...] Caractère amphotère En plus de son rôle de solvant, l'eau a des propriétés acido-basiques. - Elle est une base dans le couple H3O+/H2O dont la demi-réaction d'échange de proton est : H3O+ = H2O + H+. - Elle est un acide dans le couple H2O/OH- dont la demi-réaction d'échange de proton est : H2O = OH- + H+. La molécule H2O qui se comporte, soit comme un acide, soit comme une base, est un ampholyte ; on dit encore que l'eau possède un caractère amphotère ou est une espèce amphotère. [...]