Propriétés chimiques de l’eau – La polarité de l’eau (Partie 1)


Les propriété physiques, chimiques, thermodynamiques et biologiques de l'eau en font un élément indispensable pour la vie .

Les propriété physiques, chimiques, thermodynamiques et biologiques de l’eau en font un élément indispensable pour la vie. La polarité de l’eau est une de ces propriétés : elle rend la liaison hydrogène possible qui est à la source de toute évolution.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de l’eau dans notre corps et son impact sur notre santé, un petit détour dans le monde de la physique et de la chimie ne semble pas superflu.

Beaucoup de propriétés de cette molécule que l’on peut surnommer la « molécule de la Vie », comme, par exemple, la polarité de l’eau qui permet les liaisons hydrogènes qui sont existentielles pour tout développent du Vivant, son pouvoir solvant qui en fait un des meilleurs solvants existants, sa résistivité ou encore sa mémoire qui est moins connue du grand public, en font une substance plus qu’intéressante qui rentre dans le quotidien de chacun de nous et qui a une influence énorme sur l’état de notre santé.

Alors, on comprend très vite qu’un détour dans la chimie et la physique en vaut largement la peine.

Les propriétés de l’eau – Introduction

Vapeur Yellowtone

L’eau peut se présenter sous la forme de vapeur, comme ici dans le Yellowstone National Park (Wyoming, USA).

Comme probablement tout le monde peut encore se souvenir de ses premiers cours en physique/chimie, l’eau peut exister sous trois états :

  • Liquide ;
  • solide et
  • gazeux (vapeur).

Seul ce dernier état correspond exactement à la formule classique de la molécule d’eau H2O. Les deux autres, liquide et solide, sont plus compliqués, et c’est cette complexité qui leur confère leurs propriétés exceptionnelles.

L’eau est le seul corps qui existe sous ces trois états, dans les conditions terrestres. Cette singularité est accompagnée d’anomalies au regard de ce que la chimie nous enseigne sur des composés chimiques analogues : son point d’ébullition, son point de fusion, sa chaleur de vaporisation et sa tension superficielle sont anormalement élevés.

Mais il y a encore d’autres propriétés qui sont importantes à connaître pour comprendre les enjeux de l’eau dans l’organisme vivant.

Sans vouloir faire à cet endroit un cours physique ou chimique complet qui pourrait devenir très vite trop abstrait ou trop scientifique, on se restreindra aux thèmes qui jouent un rôle primordial concernant l’eau que l’on boit et qui influencent donc directement notre santé :

  • Propriétés chimiques : par exemple, la polarité de l’eau, son pH (acide ou alcalin), sa solvabilité ;
  • propriétés physiques et thermodynamiques : par exemple, sa résistivité ou sa conductivité, sa capacité de fournier de l’énergie, ses variations de températures,  sa mémoire ;
  • propriétés biologiques : par exemple, la nécessité de l’eau pour le vivant, sa présence dans nos cellules.

L’eau est une substance qui a une forte propension à dissoudre d’autres éléments. De ce fait, elle peut attaquer les parois d’un récipient qui la contient ou sculpter des paysages. Elle peut aussi dissoudre des gaz présents dans l’air comme le gaz carbonique ou l’oxygène (oxygène dissous).

Cette propriété est très importante dans la biologie humaine : l’eau contenue dans le corps humain sert de support à la multitude de réactions et d’échanges qui sont nécessaires à la vie. Sans eau = pas de vie biologique possible (telle que nous la connaissons) !

L’eau vraiment pure n’existe pas. La définition de l’eau pure diffère suivant les usages que l’on veut en faire. Ainsi, un buveur d’eau n’aura pas les mêmes critères d’appréciation qu’un chimiste. Le premier voudra une eau débarrassée des germes mais pas des sels minéraux sans laquelle elle serait imbuvable. Le second cherchera à la débarrasser de ses cations et de ses anions mais ne se préoccupera pas de la présence de matières organiques.

Une propriété de première importance que l’eau possède est sa polarité spécifique: la molécule est dipolaire et permet la liaison hydrogène qui est un procédé primordial dans la nature (contrairement à l’hydrogénation artificielle de l’industrie). Une autre opération chimique réalisable avec l’eau est sa dissociation en protons H+ et en ions hydroxyles OH-. La répartition entre les deux se mesure avec le pH (potentiel hydrogène). L’échelle va de 0 à 14 : plus on se rapproche de 0, plus l’eau est acide, plus on se rapproche de 14, plus elle est basique ou alcalin. L’eau est neutre lorsque son pH est à 7. Bien sûr, on utilise la notion du pH également pour mesurer d’autres substances que l’eau.

L’eau joue un rôle très important dans toutes les réactions chimiques qui impliquent des matières chargées électriquement.

Outre ses qualités chimiques propres, l’eau est un excellent véhicule, notamment pour les agents agressifs comme les acides ou le gaz carbonique. Le gaz carbonique dans l’eau se transforme en un acide faible qui dissout, entre autres, le calcaire. Cependant, une élévation de température ou une aération de l’eau précipite le calcaire sous forme de tartre. De la même façon, l’eau des océans régule la teneur en gaz carbonique de l’atmosphère.

Comme on peut noter, les propriétés moléculaires de l’eau sont d’un intérêt général sous tous les points de vue, dans toutes les circonstances physiques, chimiques et biologique que l’on trouve sur notre planète. Sans ces propriétés que l’on peut considérer comme « anomalies moléculaire », la Terre ne serait pas du tout identique.

La molécule et la polarité de l’eau

L’eau est le liquide le plus répandu sur notre planète. Il s’agit toutefois d’une substance très particulière qui possède des anomalies physico-chimiques ; ces anomalies sont principalement causées par la polarité de l’eau, plus précisément par le caractère dipolaire de la molécule.

L’eau est un corps dont l’unité de base est une molécule : H2O. Cette molécule est formée d’un atome d’oxygène relié à deux atomes d’hydrogène par des liaisons covalentes.

Chaque atome d’hydrogène partage ainsi avec l’atome d’oxygène une paire d’électrons. L’assemblage d’atomes obtenu est non linéaire, formant un coude dans l’assemblage de H2O : c’est la raison de la polarité de la molécule d’eau.

La molécule d’eau H2O est le constituant essentiel de l’eau chimiquement pure. Par contre, l’eau pure n’est pas présente dans la nature et doit être obtenue par des processus physiques.

La polarité de l'eau qui représente une anomalie dans le monde moléculaire est une des raisons, pourquoi l'eau est un élément vital indispensable sur la Terre.

La polarité de l’eau qui représente une anomalie dans le monde moléculaire est une des raisons, pourquoi l’eau est un élément vital indispensable sur la Terre.

Dipolarité de la molécule d’eau

Une propriété très importante de l’eau est sa nature polaire. Voici une explication un peu technique de cette polarité :

En fonction de la nature et donc de l’électronégativité des atomes qui composent une molécule, des charges partielles peuvent appairaître. La répartition de ces charges dans l’espace donne son caractère polaire ou non à la molécule.

En conséquence, cela donne:

  • Si le barycentre (centre de masse moléculaire) des charges positives et celui des charges négatives coïncident, la répartition des charges est symétrique et la molécule est qualifiée d’apolaire.
  • Si les barycentres ne coïncident pas, il y a donc deux pôles distincts dans la molécule, dont les charges sont opposées.
    Le moment dipolaire dans une molécule correspond au produit de la distance entre les pôles par la charge.

Il se trouve que, dans la molécule d’eau, l’atome d’oxygène présente une charge partielle négative alors que les deux atomes d’hydrogène présentent une charge partielle positive. Comme, d’autre part, dans la molécule d’eau, l’angle formé entre les deux tomes d’hydrogène par rapport à l’atome d’oxygène est ouvert (104,45°C), leur distance est relativement grande.

La molécule d’eau est donc fortement polaire. Les molécules d’eau se lient entre elles du fait de cette polarité : les atomes d’oxygène électronégatifs attirant les atomes d’hydrogène électropositifs. Cette liaison électrique est appelée liaison hydrogène.

La polarité de l’eau est indirectement la base de la Vie

Tout généralement, la liaison hydrogène est une force intermoléculaire impliquant un atome d’hydrogène et un autre atome électronégatif. Ceci peut être par exemple un atome d’oxygène, d’azote ou de fluor.

Concernant la molécule d’eau, la liaison hydrogène qui devient possible par la dipolarité de cette molécule implique deux atomes d’hydrogène et un atome électronégatif, l’oxygène. 

Cette capacité de liaison joue un rôle essentiel dans l’apparition, le développement et l’évolution de la vie, comme nous verrons par la suite.

 

 

Autres articles qui pourraient vous intéresser :

Propriétés chimiques de l’eau – La liaison hydrogène qui rend la vie possible (Partie 2)

Propriétés chimiques de l’eau – Le pH de l’eau et des eaux minérales (Partie 3)

 

 

En cas de malaise ou de maladie, nous vous prions de consulter en tout cas un médecin ou un professionnel de la santé en mesure d’évaluer correctement votre état de santé. Le contenu de ce site et de ses pages annexées ne remplace en aucun cas le diagnostic d’un médecin. Ce site ne permet pas de faire de diagnostic médical ou une recommandation de traitement médical pour aucune pathologie ou affection quelconque. Nous déclinons toute responsabilité en cas de mauvaise interprétation des conseils donnés.

En utilisant ce site, vous reconnaissez avoir pris connaissance de l’avis de désengagement de responsabilité et vous consentez à ses modalités.

 

Crédits/sources images:

  1. Pixabay, Public Domain CC0, libre de droits
  2. Pixabay, Public Domain CC0, libre de droits
  3. Pxhere, Public Domain CC0, libre de droits

Taggé , , , , , , , , .Mettre en favori le Permaliens.

Laisser un commentaire

avatar

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. Apprenez comment les données de vos commentaires sont utilisées.

  Notifications  
Me notifier des