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Propriétés de l'eau

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Eau (H 2 O)
Identificateurs
Numéro CAS 7732-18-5
Numéro RTECS ZC0110000
Propriétés
Formule moléculaire H 2 O ou HOH
Masse molaire 18,01524 g / mol
Apparence solide blanc ou presque incolore, transparent, avec une légère touche de bleu, solide ou liquide cristallin
Densité 1000 kg · m -3, liquide (4 ° C)
917 kg · m -3, solide
Point de fusion

0 ° C , 32 ° F (273,15 K )

Point d'ébullition

100 ° C, 212 ° F (373,15 K)

Acidité (p K a) 15,74
~ 35-36
Basicité (p K b) 15,74
Viscosité 0,001 Pa.s à 20 ° C
Structure
Crystal structure Hexagonal
Voir la glace
Forme moléculaire courbé
Moment de dipôle 1,85
Risques
Principal dangers intoxication par l'eau, noyade (voir aussi Monoxyde de dihydrogène canular)
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
1
Des composés apparentés
Connexes solvants acétone
méthanol
Des composés apparentés la vapeur d'eau
glace
eau lourde
Sauf indication contraire, les données sont données pour le matériel dans leur état standard (à 25 ° C, 100 kPa)
Références d'Infobox

Eau ( H 2 O , H OH ) est le plus abondant molécule sur la Terre la surface de, la composition d'environ 70% de la surface de la Terre que l'état liquide et solide en plus d'être présent dans l'atmosphère sous forme de vapeur. C'est dans l'équilibre dynamique entre le liquide et Etats vapeur à température et pression normales. À la température ambiante, il est presque incolore avec un soupçon de bleu, insipide, et liquide inodore. De nombreuses substances se dissolvent dans l'eau et il est communément dénommé universel solvant . De ce fait, l'eau dans la nature et de l'utilisation est rarement pur, et peut avoir des propriétés différentes de celles en laboratoire. Cependant, il existe de nombreux composés qui sont essentiellement, voire totalement, insoluble dans l'eau. L'eau est la seule substance commune qui se trouve naturellement dans les trois communes états de la matière-pour d'autres substances, voir les propriétés chimiques . L'eau permet également jusqu'à 75% du corps humain.

Les formes de l'eau

Voir l' eau # Aperçu des types d'eau

L'eau peut prendre de nombreuses formes. L' état solide de l'eau est généralement connu comme la glace (alors que de nombreuses autres formes existent; voir l'eau solide amorphe); l' état gazeux est connue comme la vapeur d'eau (ou vapeur), et le liquide commune de phase est généralement considéré comme simplement de l'eau. Dessus d'un certain température et pression critique (647 K et 22,064 MPa), les molécules d'eau assumer un état supercritique, dans lequel les grappes de liquide comme flotter dans une phase vapeur en forme.

L'eau lourde de l'eau dans lequel l'hydrogène est remplacé par son plus lourd isotope , deutérium. Il est presque identique chimiquement à de l'eau normale. L'eau lourde est utilisée dans le industrie nucléaire pour ralentir les neutrons .

Physique et chimie de l'eau

L'eau est le substance chimique avec la formule chimique H 2 O : une molécule d'eau a deux hydrogène atomes covalence lié à un seul oxygène atomique. L'eau est un liquide insipide et inodore au température ambiante et de la pression, et semble incolore en petites quantités, mais il a sa propre teinte bleue très légère intrinsèque. Glace apparaît également incolore et la vapeur d'eau est essentiellement invisible à l'état gazeux. L'eau est principalement un liquide dans des conditions standard, ce qui ne est pas prédite à partir de sa relation à d'autres analogues de la hydrures famille d'oxygène dans le tableau périodique , qui sont des gaz tels que sulfure d'hydrogène. Aussi les éléments environnants oxygène dans le tableau périodique , azote , fluor , phosphore , soufre et chlore , tout se combinent avec l'hydrogène pour produire des gaz dans des conditions standard. La raison pour laquelle le dihydrure d'oxygène (de l'eau) forme un liquide est qu'il est plus électronégatif que l'ensemble de ces éléments (à l'exception du fluor). Oxygène attire les électrons beaucoup plus fortement que l'hydrogène, ce qui entraîne une charge nette positive sur les atomes d'hydrogène, et une charge négative nette sur l'atome d'oxygène. La présence d'une charge sur chacun de ces atomes donne chaque molécule d'eau un filet instant dipôle. Attraction électrique entre les molécules d'eau en raison de ce dipôle tire molécules individuelles se rapprocher, ce qui rend plus difficile de séparer les molécules et augmentant par conséquent le point d'ébullition. Cette attraction est connu comme une liaison hydrogène. L'eau peut être décrit comme un liquide polaire qui se dissocie de façon disproportionnée dans le ion hydronium (H 3 O + (aq)) et l'un associé hydroxyde ions (OH - (aq)). L'eau est en équilibre dynamique entre le liquide , gaz et solides Etats à température et pression normales (0 ° C, 100,000 kPa), et est la seule substance pure trouve naturellement sur Terre de l'être.

Eau, la glace et de la vapeur

La capacité thermique et chaleurs de vaporisation et la fusion

L'eau a le deuxième plus haut la capacité thermique spécifique de ne importe quel composé chimique connu, après l'ammoniac , ainsi qu'un haut chaleur de vaporisation (40,65 kJ mol -1), qui sont tous deux en raison de la vaste une liaison hydrogène entre les molécules. Ces deux propriétés inhabituelles permettent à l'eau à modérée de la Terre le climat en tamponnant grandes fluctuations de température.

Le spécifique enthalpie de fusion de l'eau est 333,55 kJ kg -1 à 0 ºC. Des substances communes, seulement celle de l'ammoniac est plus élevé. Cette propriété confère une résistance à la fusion sur la glace des glaciers et la dérive de la glace. Avant l'avènement de la mécanique réfrigération, la glace était d'usage courant pour retarder la détérioration des aliments.

Densité de l'eau et de la glace

Temp (° C) Densité (g / cm 3)
100 0,9584
80 0,9718
60 0,9832
40 0,9922
30 0.9956502
25 0.9970479
22 0.9977735
20 0.9982071
15 0.9991026
10 0.9997026
4 0.9999720
0 0.9998395
-10 0.998117
-20 0.993547
-30 0.983854
La densité de l'eau, en grammes par centimètre cube
à différentes températures en degrés Celsius,
Les valeurs inférieures à 0 ° C se réfèrent à eau en surfusion.

Eau - Densité et Poids spécifique

La forme solide de la plupart des substances est plus dense que le liquide de phase ; Ainsi, un bloc de matière solide pur va sombrer dans un bain de substance liquide pur. Mais, en revanche, un bloc de commune glace flottent dans un baquet d'eau parce que l'eau solide est moins dense que l'eau liquide. Ce est une propriété caractéristique très importante d'eau. À la température ambiante, l'eau liquide devient plus dense avec abaissement de la température, tout comme d'autres substances. Mais à 4 ° C (3,98 plus précisément), juste au-dessus de zéro, l'eau atteint son densité maximale, et que l'eau se refroidit de plus vers son point de congélation, l'eau liquide, dans des conditions standard, se développe pour devenir moins dense. La raison physique en est lié à la la structure cristalline de l'ordinaire glace , appelée hexagonal la glace Ih. L'eau, le plomb , l'uranium , le néon et le silicium sont quelques-uns des rares matériaux qui se épanouissent quand ils gèlent; plus contrat d'autres matériaux. Toutes les formes de glace ne sont pas moins dense que l'eau liquide mais, HDA et VHDA par exemple sont à la fois plus dense que la phase liquide de l'eau pure. Ainsi, la raison pour laquelle la forme commune de la glace est moins dense que l'eau est un peu non-intuitive et se appuie fortement sur les propriétés inhabituelles inhérents à la liaison hydrogène.

En général, l'eau se dilate quand il gèle à cause de son structure moléculaire, en tandem avec l'insolite l'élasticité de la liaison hydrogène et l'énergie la plus basse particulier hexagonale en cristal conformation qu'il adopte dans des conditions standard. Ce est, lorsque l'eau se refroidit, il tente de se empiler dans un la configuration du réseau cristallin qui se étend le de rotation et composantes de vibration de la liaison, de sorte que l'effet est que chaque molécule d'eau est poussé plus loin à partir de chacune de ses molécules voisines. Cela réduit efficacement la densité ρ de l'eau quand la glace se forme dans des conditions standard.

part d'eau de l'état liquide à plus forte densité avec seulement quelques matériaux comme le gallium , le germanium , le bismuth et l'antimoine .

L'importance de cette propriété ne peut pas être surestimée pour son rôle sur la écosystème de la Terre. Par exemple, si l'eau était plus dense quand ils sont gelés, les lacs et les océans dans un environnement polaire finiraient gèlent (de haut en bas). Ce serait le cas parce que la glace gelée réglerait sur le lac et les lits des rivières, et le phénomène de réchauffement nécessaire (voir ci-dessous) ne pouvait pas se produire en été, car la couche de surface chaude serait moins dense que la couche solide congelé ci-dessous. Ce est une caractéristique importante de cette nature qui ne se produit pas naturellement dans l'environnement.

Néanmoins, l'expansion inhabituelle de congélation de l'eau (dans des milieux naturels ordinaires dans les systèmes biologiques pertinentes), en raison de la liaison hydrogène, de 4 ° C au-dessus de congélation au point de congélation offre un avantage important pour la vie de l'eau douce en hiver. Eau glacée à la surface augmentation de la densité et de puits, formant convection des courants qui refroidissent le corps entier de l'eau, mais lorsque la température de l'eau du lac atteigne 4 ° C, l'eau sur la surface de la densité diminue car il refroidit davantage et reste en tant que couche de surface qui a finalement gèle et forme glace. Depuis convection descendant de l'eau froide est bloqué par le changement de densité, toute grande étendue d'eau douce gelée en hiver aura l'eau la plus froide près de la surface, loin de la lit ou lit du lac.

L'eau gèle à 0 ° C (32 ° F, 273 K), cependant, il peut être surfusion dans un état fluide jusqu'à son nucléation des cristaux homogène à presque 231 K (-42 ° C).

L'eau augmente considérablement lorsque la température augmente. La densité est 4% de moins que le maximum que la température approche ébullition.

Densité de l'eau salée et de glace

La densité de l'eau dépend de la teneur en sel dissous ainsi que la température de l'eau. Ice flotte encore dans les océans, sinon ils gèlerait de bas en haut. Toutefois, la teneur en sel des océans abaisse le point d'environ 2 ° C de congélation et abaisse la température du maximum de densité de l'eau jusqu'au point de congélation. Ce est pourquoi, dans l'eau de l'océan, la convection à la baisse de l'eau froide ne est pas bloqué par une expansion de l'eau car il devient plus froid près du point de congélation. Eau froide les océans près du point de congélation continue à couler. Pour cette raison, toute créature tenter de survivre au fond de cette eau froide que l' océan Arctique vit généralement dans l'eau qui est de 4 ° C plus froid que la température au bas de congelé-over lacs d'eau douce et les rivières en hiver.

Comme le surface de l'eau salée commence à geler (à -1,9 ° C pour la salinité normale d'eau de mer , 3,5%) la glace qui se forme est essentiellement sans sel avec une densité approximativement égale à celle de la glace d'eau douce. Cette glace flotte à la surface et le sel qui est "gelé out" se ajoute à la salinité et la densité de l'eau de mer juste en dessous, dans un procédé connu sous le nom rejet de la saumure. Cette eau salée plus dense se enfonce par convection et le remplacement de l'eau de mer est soumise au même processus. Cette donne de la glace d'eau douce essentiellement à -1,9 ° C à la surface. La densité accrue de l'eau de mer sous la glace formant la fait couler vers le bas.

Miscibilité et la condensation

L'eau est Miscible avec de nombreux liquides, par exemple l'éthanol en toutes proportions, en formant un seul liquide homogène. Sur l'eau et d'autres de la main plus les huiles sont non miscible formant habituellement couches selon la densité croissante de la partie supérieure.

La ligne rouge montre la saturation

En tant que gaz, de vapeur d'eau est complètement miscibles avec l'air. D'autre part la pression de vapeur d'eau maximale 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 vapeur la pression partielle est de 2% de la pression atmosphérique et l'air est refroidi de 25 ° C, en commençant à environ 22 ° C l'eau va commencer à se condenser, en définissant le point de rosée, et la création brouillard ou rosée. Représente le processus inverse pour le brouillard brûler dans la matinée. Si l'on augmente l'humidité à la température ambiante, par exemple en exécutant une douche chaude ou un bain, et la température reste à peu près le même, la vapeur atteint rapidement la pression pour le changement de phase, et se condense sous forme de vapeur. Un gaz dans ce contexte est appelé saturé ou 100% d'humidité relative, lorsque la pression de vapeur d'eau dans l'air est à l'équilibre avec la pression de vapeur en raison de (liquide) de l'eau; eau (ou de la glace, se il est assez cool) ne parviennent pas à perdre de la masse par évaporation lorsqu'elle est exposée à l'air saturé. Parce que la quantité de vapeur d'eau dans l'air est faible, l'humidité relative, le rapport de la pression partielle due à la vapeur d'eau à la pression partielle de vapeur saturée, est beaucoup plus utile. pression de vapeur d'eau au-dessus de 100% d'humidité relative est appelé super-saturée et peut se produire si l'air est refroidi rapidement, disons par se levant brusquement dans un courant d'air ascendant.

Pressions de vapeur d'eau

Température (° C) Pression (torrs)
0 4,58
5 6,54
10 9,21
12 10,52
14 11,99
16 13,63
17 14,53
18 15,48
19 16,48
20 17,54
21 18,65
22 19,83
23 21.07
24 22,38
25 23,76

Compressibilité

Le la compressibilité de l'eau est fonction de la pression et de la température. A 0 ° C dans la limite de pression nulle à la compressibilité est de 5,1 × 10 -5 bar -1. Dans la limite de pression zéro la compressibilité atteint un minimum de 4,4 × 10 -5 bar -1 environ 45 ° C avant d'augmenter à nouveau la température augmente. Comme la pression est augmentée les baisses de compressibilité, étant de 3,9 × 10 -5 bar -1 à 0 ° C et 1000 bar. Le module de masse d'eau est de 2,2 × 10 9 Pa. La faible compressibilité de non-gaz, et de l'eau en particulier, conduit à les souvent étant supposée incompressible. La faible compressibilité de l'eau signifie que même dans les profonds océans à 4000 m de profondeur, où les pressions sont 4 × 10 7 Pa, il ya seulement une baisse de 1,8% en volume.

Point triple

Les différents points triple de l'eau
Phases en équilibre stable Pression Température
eau liquide, la glace Ih, et de la vapeur d'eau 611,73 Pa 273,16 K (0,01 ° C)
eau liquide, de glace Ih, et glace III 209,9 MPa 251 K (-22 ° C)
eau liquide, de glace III, et glace V 350,1 MPa -17,0 ° C
eau liquide, de glace V et VI de la glace 632,4 MPa 0,16 ° C
la glace Ih, Ice II, III et la glace 213 MPa -35 ° C
II glace, de la glace III, V et de la glace 344 MPa -24 ° C
II glace, de la glace V, VI et de la glace 626 MPa -70 ° C

La température et pression à laquelle solide, liquide et gazeux de l'eau coexistent en équilibre est appelé point triple de l'eau. Ce point est utilisé pour définir les unités de température (le kelvin , l'unité SI de température thermodynamique et, indirectement, le degré Celsius et même le degré Fahrenheit). En conséquence, la température du point triple de l'eau est une valeur prescrite au lieu d'une quantité mesurée. Le point triple est à une température de 273,16 K (0,01 ° C) par convention, et à une pression de 611,73 Pa. Cette pression est très faible, environ 1/166 de la pression barométrique au niveau normal de la mer de 101 325 Pa. La pression atmosphérique de surface sur la planète Mars est remarquablement proche de la pression du point triple, et le zéro-élévation ou «niveau de la mer» de Mars est définie par la hauteur à laquelle la pression atmosphérique correspond au point triple de l'eau.

eau diagramme de phase: l'axe Y = Pression en Pascal (10 n), l'axe X = Température en Kelvin, S = solide, L = liquide, V = vapeur, CP = point critique, TP = Point triple de l'eau

Même se il est communément désigné comme «le point triple de l'eau", la combinaison stable de l'eau liquide, glace I, et de la vapeur d'eau ne est qu'un de plusieurs points triples sur le diagramme de phase de l'eau. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann à Göttingen a produit des données sur plusieurs autres points triples au début du 20e siècle. Kamb et d'autres documentés autres points triples dans les années 1960.

Effet Mpemba

Le Effet Mpemba est le phénomène surprenant par lequel l'eau chaude peut, sous certaines conditions, de geler plus vite que l'eau froide, même si elle doit passer la température plus basse sur le chemin de congélation. Cependant, ceci peut être expliqué par évaporation, convection, surfusion, et la effet de isolant gel.

Transition à température ambiante congélation

Hot ice est le nom donné à un autre phénomène surprenant dans lequel l'eau à la température ambiante peut être transformé en glace qui reste à la température ambiante par l'alignement des dipôles d'eau et la cristallisation dans la glace cube polaire grâce à la fourniture d'un champ électrique de l'ordre de 10 6 volts par mètre. Ce phénomène a été plus tard été écarté comme ne étant pas due au gel tension induite et attribué à un artefact.

L'effet de ces champs électriques a été suggéré comme une explication de la formation des nuages. Les premiers temps formes de glace des nuages autour d'une particule d'argile, il nécessite une température de -10 ° C, mais la suite le gel autour de la même particule d'argile nécessite une température de seulement -5 ° C, ce qui suggère une sorte de changement structurel.

La tension de surface

Les gouttes d'eau sont stables, en raison de la forte tension de surface de l'eau, 72,8 mN / m, le plus élevé des liquides non métalliques. Ceci peut être vu lorsque de petites quantités d'eau sont placés sur une surface telle que du verre: l'eau reste sous forme de gouttes en même temps. Cette propriété est importante pour la vie. Par exemple, lorsque de l'eau est effectuée par xylème des plantes à tiges les attractions intermoléculaires fortes maintiennent la colonne d'eau en même temps. Propriétés de cohésion forte emprise de la colonne d'eau ensemble, et de fortes propriétés adhésives collent l'eau à la xylème, et éviter les ruptures de tension provoquée par transpiration traction. Autres liquides avec une tension de surface inférieure auraient plus tendance à "déchirer", formage sous vide ou poches d'air et rendre le transport de l'eau du xylème inopérant.

Propriétés électriques

L'eau pure ne contenant pas de ions est un excellent isolant, cependant, pas même l'eau "déminéralisée", est complètement libre d'ions. subit d'eau auto-ionisation à toute température au-dessus du zéro absolu . En outre, parce que l'eau est un bon solvant, il a presque toujours un soluté dissous en elle, le plus souvent un le sel. Si de l'eau a même une petite quantité d'une telle impureté, alors il peut facilement conduire l'électricité, sous forme d'impuretés comme le sel se séparer en libres ions en solution aqueuse par lequel un courant électrique peut circuler.

L'eau peut être fractionné en ses éléments constitutifs, de l'hydrogène et de l'oxygène, par passage d'un courant à travers elle. Ce processus est appelé électrolyse . Les molécules d'eau se dissocient naturellement en H + et des ions OH -, qui sont tirés vers le cathode et anode, respectivement. A la cathode, deux ions H + de ramasser électrons et forme H 2 gaz. A l'anode, quatre ions OH - se combinent et libèrent des gaz O 2, de l'eau moléculaire, et quatre électrons. Les gaz produits bulles à la surface, où elles peuvent être recueillies. On sait que la résistivité électrique maximale théorique d'eau est d'environ 182 kQ · m² / m (ou 18,2 cm² · MQ / cm) à 25 ° C. Ce chiffre correspond bien à ce qui est généralement vu sur osmose inverse, ultrafiltration et déminéralisée les systèmes d'eau ultrapure utilisés, par exemple, dans les usines de fabrication de semiconducteurs. Un niveau de contaminant sel ou d'acide supérieure à celle de même 100 parties par billion (ppt) dans l'eau ultra-pure va commencer à baisser sensiblement son niveau de résistivité jusqu'à plusieurs kilohm-mètres carrés par mètre (un changement de plusieurs centaines nanosiemens par mètre de conductance).

Conductivité électrique

L'eau pure a une faible conductivité électrique, mais ceci augmente de manière significative sur la solvatation d'une petite quantité d'eau de matériau ionique tel que du chlorure d'hydrogène. Ainsi, les risques de électrocution sont beaucoup plus dans l'eau avec les impuretés habituelles ne se trouvent pas dans l'eau pure. (Il est à noter, cependant, que les risques de diminution d'électrocution lorsque les impuretés augmentent au point où l'eau elle-même est un meilleur conducteur que le corps humain. Par exemple, les risques d'électrocution dans l'eau de mer sont plus faibles que dans l'eau douce , que la mer a un niveau beaucoup plus élevé d'impuretés, en particulier le sel commun, et le trajet de courant recherchera la meilleure chef d'orchestre. Ce est, néanmoins, pas infaillible et des risques importants demeurent dans l'eau salée.) Toutes les propriétés électriques observables dans l'eau sont des ions de sels minéraux et de dioxyde de carbone dissous. L'eau ne auto-ioniser où deux molécules d'eau deviennent une hydroxyde anions et une hydronium cation, mais pas assez pour transporter suffisamment courant électrique pour effectuer un travail ou un préjudice pour la plupart des opérations. Dans l'eau pure, l'équipement sensible peut détecter un très léger électrique conductivité de 0,055 uS / cm à 25 ° C. L'eau peut également être électrolysée dans les gaz d'oxygène et d'hydrogène, mais en l'absence d'ions dissous ce est un processus très lent, est réalisée en tant que très peu de courant. Tandis que les électrons sont les porteurs primaires de charge dans l'eau (métaux), et dans la glace (et quelques autres électrolytes), protons sont les porteurs primaires (voir Conducteur protonique).

La nature dipolaire de l'eau

modèle de des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau

Une caractéristique importante de l'eau est son nature polaire. La molécule d'eau forme un angle, avec des atomes d'hydrogène au niveau des pointes et de l'oxygène au sommet. Etant donné que l'oxygène a une ultérieure électronégativité de l'hydrogène, du côté de la molécule par l'atome d'oxygène a une charge négative partielle. Une molécule avec une telle différence de charge est appelé dipôle. Les différences de charge provoquent des molécules d'eau pour être attirés les uns aux autres (les zones relativement positives étant attirées vers les zones relativement négatifs) et à d'autres molécules polaires. Cette attraction est connu comme une liaison hydrogène, et explique la plupart des propriétés de l'eau. Certaines molécules, telles que le dioxyde de carbone, ont également une différence d'électronégativité entre les atomes Mais la différence est que la forme de dioxyde de carbone est alignée de manière symétrique de sorte que les charges opposées se annulent mutuellement. Ce phénomène de l'eau peut être vu si vous détenez une source électrique à proximité d'un mince filet d'eau tombant verticalement, provoquant le flux de plier vers la source électrique.

Bien que la liaison hydrogène est une attraction relativement faible par rapport aux liaisons covalentes au sein de la molécule d'eau elle-même, il est responsable d'un certain nombre de propriétés physiques de l'eau. Une telle propriété est relativement élevé ses fusion et point d'ébullition températures; plus la chaleur est l'énergie nécessaire pour briser les liaisons hydrogène entre molécules. Le sulfure d'hydrogène du composé analogue (H 2 S), qui a beaucoup plus faible liaison hydrogène, est un gaz à la température ambiante même si elle a deux fois la masse moléculaire de l'eau. La liaison supplémentaire entre les molécules d'eau donne également une grande eau liquide la capacité thermique spécifique. Cette capacité thermique élevée rend l'eau un bon moyen de stockage de chaleur.

La liaison hydrogène donne également de l'eau de son comportement inhabituel lors de la congélation. Lorsque refroidi à proximité du point de congélation, la présence de liaisons hydrogène signifie que les molécules, comme ils réarrangent pour minimiser leur énergie, forment la hexagonale structure cristalline de glace qui est en fait une densité plus faible, d'où la forme solide, la glace, va flotter dans l'eau. En d'autres termes, l'eau se dilate en gelant, alors que presque tous les autres matériaux se contractent lors de la solidification.

Une conséquence intéressante de la matière solide ayant une densité inférieure à celle du liquide qui est glace fondra si une pression suffisante est appliquée. Avec une pression croissante de la température de point de fusion diminue et lorsque la température de point de fusion est inférieur à la température ambiante, la glace commence à fondre. Une augmentation significative de la pression est nécessaire pour abaisser la température du point de fusion -la pression exercée par un patineur sur la glace ne ferait que réduire le point de fusion d'environ 0,09 ° C (0,16 ° F).

Polarité Electronegative

L'eau a une charge négative partielle (σ-) près de l'atome d'oxygène en raison des paires d'électrons non partagés, et des charges positives partielles (σ) + de près les atomes d'hydrogène. Dans l'eau, cela se produit parce que l'atome d'oxygène est plus électronégatif que les atomes d'hydrogène - ce est, il a une "forte puissance de traction "sur de la molécule les électrons , les rapprocher (avec leur charge négative) et rendre la zone autour de l'atome d'oxygène plus négative que la zone autour de la fois de l'hydrogène atomes.

Adhésion

Gouttes de rosée en adhérant à un toile d'araignée

bâtonnets de l'eau pour se ( la cohésion), car il est polaire. L'eau a également élevé propriétés d'adhérence en raison de sa nature polaire. Sur extrêmement propre / lisse en verre l'eau peut se former un film mince parce que les forces moléculaires entre le verre et les molécules d'eau (forces adhésives) sont plus fortes que les forces de cohésion. Dans les cellules biologiques et organelles, l'eau est en contact avec la membrane et des protéines qui sont des surfaces hydrophile; ce est-à surfaces qui ont une forte attirance pour l'eau. Irving Langmuir a observé une forte force de répulsion entre les surfaces hydrophiles. Pour déshydrater hydrophiles surfaces à enlever les couches fortement ancrées d'eau d'hydratation-faire nécessite un travail considérable contre ces forces, disant forces d'hydratation. Ces forces sont très grandes, mais diminuent rapidement sur un nanomètre ou moins. Leur importance dans la biologie a été largement étudié par V. Adrian Parsegian du Institut national de la santé. Elles sont particulièrement importantes lorsque les cellules sont déshydratées par l'exposition à des atmosphères sèches ou au gel extracellulaire.

La tension de surface

Cette marguerite est sous le niveau de l'eau, qui a augmenté en douceur et sans à-coup. La tension superficielle empêche l'eau de l'immersion de la fleur.

L'eau a une haute tension superficielle provoquée par la forte cohésion entre les molécules d'eau. Ceci peut être vu lorsque de petites quantités d'eau sont placés sur une surface non-soluble, tel que polyéthylène; l'eau reste ensemble sous forme de gouttes. Tout aussi important, l'air emprisonné dans les perturbations de surface forme des bulles, qui durent parfois assez longtemps pour transférer les molécules de gaz à l'eau. Un autre effet de la tension superficielle est ondes capillaires qui sont les ondulations de surface qui se forment autour de l'impact des gouttes sur la surface d'eau, et quelques fois se produisent des courants de subsurface solides se écoulent à la surface de l'eau. L'élasticité apparente causée par la tension de surface entraîne les vagues.

L'action capillaire

L'action capillaire se réfère au processus de l'eau en mouvement jusqu'à un tube étroit contre la force de gravité . Il se produit parce que l'eau est conforme aux côtés du tube, et ensuite la tension de surface a tendance à redresser la surface faisant l'élévation de surface, et plus d'eau est tiré vers le haut par la cohésion. Le processus se répète tant que l'eau se écoule dans le tube jusqu'à ce qu'il y ait suffisamment d'eau que la gravité se oppose à la force d'adhérence.

L'eau comme solvant

Des concentrations élevées de dissous la chaux rendre l'eau de Havasu Chutes tourner turquoise.

L'eau est également un bon solvant en raison de sa polarité. Substances qui seront bien mélanger et dissoudre dans l'eau (par exemple les sels ) sont connus comme " "substances (aimant l'eau), tandis que ceux qui ne se mélangent pas bien avec de l'eau (par exemple hydrophiles graisses et huiles ), sont connus comme " "(eau-craignant) substances hydrophobes. La capacité d'une substance à dissoudre dans l'eau est déterminée par si oui ou non la substance peut correspondre ou mieux la forte des forces d'attraction qui génèrent des molécules d'eau entre autres molécules d'eau. Si une substance a des propriétés qui ne permettent pas de surmonter ces forces intermoléculaires fortes, les molécules sont " poussé hors "de l'eau et ne se dissout pas. Contrairement aux substances erreur courante, de l'eau et hydrophobes ne pas" repousser ", et l'hydratation d'une surface hydrophobe est énergétiquement, mais pas de manière entropique, favorable.

Quand un composé ionique ou polaire entre l'eau, il est entouré par des molécules d'eau ( L'hydratation). La taille relativement petite des molécules d'eau permet généralement de nombreuses molécules d'eau pour entourer une molécule de soluté . Les extrémités des dipôles partiellement négatives de l'eau sont attirés par les composants du soluté, et vice versa pour les extrémités positives dipolaires chargé positivement.

En général, des substances ioniques et polaires, tels que des acides , des alcools , et sels sont relativement solubles dans l'eau, et des substances non polaires telles que les graisses et les huiles sont pas. Molécules non polaires restent ensemble dans l'eau car il est énergétiquement plus favorable pour les molécules d'eau à liaison hydrogène à l'autre que de se engager dans de van der Waals avec des molécules non polaires.

Un exemple d'un soluté ionique est le sel de table ; le chlorure de sodium, NaCl, Na + se sépare en cations et Cl - anions , chacune étant entourée par des molécules d'eau. Les ions sont ensuite facilement transportés loin de leur réseau cristallin dans la solution. Un exemple d'un soluté non ionique est le sucre de table . Les dipôles d'eau font des liaisons hydrogène avec les régions polaires de la molécule de sucre (groupes OH) et lui permettent d'être emporté dans la solution.

Nature amphotère de l'eau

Chimiquement, l'eau est amphotère - ce est à dire, il est capable d'agir soit comme un acide ou un base. Parfois l'acide hydroxic terme est utilisé lorsque l'eau agit comme un acide dans une réaction chimique. A un pH de 7 (neutre), la concentration en hydroxyde ions (OH -) est égale à celle de la hydronium (H 3 O +) ou un atome d'hydrogène (H +) des ions. Si l' équilibre est perturbé, la solution devient acide (concentration plus élevée en ions hydronium) ou de base (plus forte concentration d'ions hydroxyde).

L'eau peut agir comme un acide ou une base dans les réactions. Selon le Bronsted-Lowry système, un acide est défini comme une espèce qui fait don d'un proton (un ion H +) dans une réaction, et une base comme l'un qui reçoit un proton. Lors de la réaction avec un acide plus fort, l'eau agit en tant que base; lors de la réaction avec une base forte, il agit comme un acide. Par exemple, il reçoit un ion H + de HCl dans de l'équilibre:

HCl + H 2 O H 3 O + + Cl -

Ici l'eau agit comme une base, en recevant un ion H +.

Dans la réaction avec l'ammoniac , NH 3, de l'eau d'un don d'ions H +, et agit donc comme un acide:

NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH -

L'acidité dans la nature

En théorie, l'eau pure a une pH de 7 à 298 K. En pratique, l'eau pure est très difficile à produire. L'eau laissée exposée à l'air, pour toute longueur de temps va rapidement dissoudre le dioxyde de carbone , formant une solution diluée de l'acide carbonique, ayant un pH d'environ 5,7 limitatif. Comme les gouttelettes des nuages se forment dans l'atmosphère et que les gouttes de pluie tombent à travers les petites quantités d'air de CO 2 sont absorbés et donc plus de pluie est légèrement acide. Si de grandes quantités de l'azote et de soufre oxydes sont présents dans l'air, eux aussi se dissolvent dans le nuage et gouttes de pluie produire plus graves acide pluie problèmes.

Liaison hydrogène dans de l'eau

Une molécule d'eau peut former un maximum de quatre liaisons hydrogène, car il peut accepter deux et faire un don de deux hydrogènes. D'autres molécules telles que fluorure d'hydrogène, l'ammoniac , le méthanol liaisons hydrogène de forme, mais ils ne montrent pas de comportement anormal thermodynamique , propriétés cinétiques ou structurelles comme celles observées dans l'eau. La réponse à la différence apparente entre de l'eau et d'autres liquides à liaison hydrogène réside dans le fait que, en dehors de zéro à l'eau des molécules de liaison hydrogène pouvant former quatre liaisons hydrogène, soit en raison de l'incapacité de donner / recevoir des hydrogènes ou en raison de effets stériques dans les résidus encombrants. Dans l'eau locale tétraédrique ordre en raison des quatre liaisons hydrogène donne lieu à une structure ouverte et un réseau de liaison en 3 dimensions, qui existe à la différence des structures serrées simples de liquides . Il existe une grande similarité entre l'eau et la silice dans leur comportement anormal, même si une (eau) est un liquide qui possède un réseau de liaisons hydrogène tandis que l'autre (silice) dispose d'un réseau covalente avec un point de fusion très élevé. Une raison pour laquelle l'eau est bien adapté, et choisi, de formes de vie, ce est qu'elle présente ses propriétés uniques sur un régime de température qui convient à divers les processus biologiques, y compris hydratation.

On pense que les liaisons hydrogène dans l'eau est en grande partie due à des forces électrostatiques et une certaine quantité de covalence. La nature covalente partielle de liaison hydrogène prédit par Linus Pauling dans les années 1930 est encore à être prouvé sans ambiguïté par des expériences et des calculs théoriques.

Propriétés quantiques de l'eau moléculaire

Bien que la formule moléculaire de l'eau est généralement considéré comme un résultat stable en thermodynamique moléculaire, de récents travaux a commencé en 1995 a montré que dans certaines échelles, de l'eau peut agir plus comme H 3/2 O de H 2 O au niveau quantique. Ce résultat pourrait avoir des répercussions importantes au niveau de, par exemple, le liaison hydrogène dans biologique , chimique et physique des systèmes. L'expérience montre que lorsque les neutrons et les électrons entrent en collision avec l'eau, ils se dispersent dans une manière qui indique que seulement ils sont affectés par un rapport de 1,5: 1 de l'hydrogène à l'oxygène , respectivement. Cependant, l'échelle de temps de cette réponse est considérée uniquement au niveau des attosecondes (10 -18 secondes), et est donc pertinent que dans à haute résolution cinétique et systèmes dynamiques.

Eau lourde et isotopologues d'eau

L'hydrogène a trois isotopes. La plus courante, représentant plus de 99,98% de l'hydrogène dans l'eau, a 1 proton et 0 neutrons. Un second isotope, le deutérium (forme courte «D»), dispose de 1 proton et 1 neutron. Le deutérium, D 2 O , est également connu comme l'eau lourde et est utilisé dans les réacteurs nucléaires comme modérateur de neutrons. Le troisième isotope, le tritium, a 1 proton et deux neutrons, et est radioactif, avec une demi-vie de 4500 jours. T 2 O existe dans la nature que dans les quantités minuscules, étant produite principalement par des réactions nucléaires rayons cosmiques conduit-dans l'atmosphère. D 2 O est stable, mais diffère de H 2 O en ce qu'elle est plus dense - par conséquent, «l'eau lourde» - et en ce que plusieurs autres propriétés physiques sont légèrement différentes de celles du commun, hydrogène-1 contenant "eau légère". Eau avec un atome de deutérium HDO se produit naturellement dans l'eau ordinaire en très faibles concentrations (~ 0,03%) et D 2 O en quantités beaucoup plus faibles (0,000003%). La consommation de pur isolé D 2 O peut affecter les processus biochimiques - ingestion de grandes quantités altère la fonction du système nerveux central et les reins. Cependant, de très grandes quantités d'eau lourde doivent être consommés pour toute toxicité pour être apparente, et de plus petites quantités peuvent être consommés sans aucune séquelle à tous.

L'oxygène a également trois isotopes stables, avec16O présente dans 99,76%,17O à 0,04% et18O à 0,2% de molécules d'eau.

Transparence

La transparence de l'eau est également une propriété importante du liquide. Si l'eau était pas transparente, la lumière du soleil, essentielle pour les plantes aquatiques, ne serait pas atteindre dans les mers et océans.

Histoire

Les propriétés de l'eau ont toujours été utilisées pour définir diverses échelles de température. Notamment, le Kelvin , Celsius et Fahrenheit échelles ont été ou sont actuellement, définis par les points de congélation et d'ébullition de l'eau. Les échelles moins courantes de Delisle, Newton, Réaumur et Rømer ont été définies de manière similaire. Le point triple de l'eau est un point norme plus couramment utilisé aujourd'hui.

Le premier scientifique décomposition de l'eau en hydrogène et oxygène, par électrolyse , a été réalisée en 1800 par William Nicholson, un chimiste anglais. En 1805, Louis Joseph Gay-Lussac et Alexander von Humboldt a montré que l'eau est composée de deux parties d'hydrogène et une partie d'oxygène (en volume).

Gilbert Newton Lewis isola le premier échantillon de la pureeau lourde en 1933.

Polywater était un hypothétique forme polymérisée d'eau qui a fait l'objet de beaucoup de controverse scientifique au cours de la fin des années 1960. Le consensus est maintenant qu'il n'y en pas.

Nommage systématique

La accepténom IUPAC de l'eau est tout simplement "l'eau", mais il ya deux autres noms systématiques qui peuvent être utilisés pour décrire la molécule.

Le nom le plus simple et le meilleur systématique de l'eau est l'oxyde d'hydrogène . Ceci est analogue à des composés apparentés, tels que le peroxyde d'hydrogène , le sulfure d'hydrogène et de l'oxyde de deutérium (eau lourde). Un autre nom systématique, oxidane , est accepté par l'IUPAC comme un nom de parent pour la désignation systématique de base d'oxygène groupes substituants, mais même ceux-ci ont souvent d'autres noms recommandés. Par exemple, le nom hydroxyle est recommandé sur oxidanyl pour le groupe -OH. Le nom oxane est explicitement mentionnée par l'IUPAC comme étant impropres à cet effet, car il est déjà le nom d'un éther cyclique également connu sous le tétrahydropyranne dans le système Hantzsch-Widman ; des composés similaires comprennent le dioxanne et le trioxanne.

La nomenclature systématique et de l'humour

Monoxyde de dihydrogène ou le monoxyde de dihydrogène est un nom systématique covalente trop pédant d'eau. Ce terme a été utilisé dans des parodies de la recherche chimique qui appellent pour cette "chimique mortel" pour être interdit. En réalité, un nom systématique serait plus réaliste de l'oxyde d'hydrogène , depuis la «di-" et "singes" préfixes sont superflus. Le sulfure d'hydrogène, H 2 S, est jamais appelé "monosulfide dihydrogène", et le peroxyde d'hydrogène , H 2 O 2 , est jamais appelé "le dioxyde de dihydrogène".

Certains zélésfiches de données de sécurité pour la liste de l'eau ce qui suit: ATTENTION: Peut causer la noyade!

Autres noms systématiques pour l'eau comprennent l'acide hydroxic ou l'acide hydroxylique . De même, le nom systématique de l'eau alcalin est l'hydroxyde d'hydrogène -Les deux noms acides et alcalins existent pour l'eau car il est capable de réagir à la fois comme un acide ou un alcali, en fonction de la force de l'acide ou d'un alcali, il est mis à réagir avec ( amphotère) . Aucun de ces noms sont largement utilisés à l'extérieur des sites de monoxyde de dihydrogène.

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