L'eau : propriétés physiques et chimiques




Même si l'eau est (ou devrait toujours être) un liquide inodore, incolore et sans saveur, d'autres propriétés physiques ou chimiques lui confèrent des qualités qu'il faut connaître pour comprendre mieux le rôle fondamental que joue cette molécule sur notre planète aussi bien comme facteur essentiel pour les écosystèmes que comme élément vital pour les êtres vivants.

Les différentes dispositions des molécules d'eau dans ses trois états.
Normalement, aux températures moyennes qui règnent sur la Terre, l'eau, du fait de la taille de sa molécule, devrait être à l'état gazeux.


Mais du fait des liaisons hydrogène qui relient les molécules entre elles, l'eau est sous forme liquide et présente un certain nombre de particularités sans lesquels la vie n'aurait pas pu être possible, au moins sous la forme que l'on connaît.

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Les propriétés de l'eau.

1. Un liquide mobile.

L'eau est un corps continu, sans rigidité, qui coule facilement, remplit tous les interstices, puis s'étale en surface.

L'eau possède un fort pouvoir mouillant qui lui donne des propriétés capillaires particulièrement importantes, par exemple, pour comprendre son comportement dans les sols. En outre, sa viscosité, très variable selon sa composition chimique ou sa température, est à l'origine de caractéristiques de miscibilité remarquables. Par exemple des courants marins chauds ou froids ne se mélangent guère avec les eaux voisines dont la température est différente.

2. Un formidable solvant.

L'eau est le plus formidable solvant naturel à la surface de la terre. L'eau est capable de dissoudre quasiment n'importe quel substrat, au point que l'on peut affirmer que l'eau pure n'existe pas puisque le flacon qui pourrait la contenir, sans être un peu dissous par elle, n'a pas encore été inventé.

Les eaux de pluies, pourtant issues essentiellement de l'évaporation de l'eau de mer, donc douces, se chargent de minéraux dans l'atmosphère. Leur teneur totale en sels dissous voisine les 7 g / m3. Quand les pluies ruissellent ou s'infiltrent dans le sous-sol, leurs eaux se chargent de tous les minéraux ou de toutes les matières organiques qu'elles croisent, y compris des substances polluantes ou toxiques. C'est ainsi qu'en moyenne, les eaux de rivières ont une charge en sels dissous de l'ordre de 120 g / m3.

Eaux
Concentration en sels dissous
en g/m3
Na+
K+
Mg++
Ca++
Cl-
HCO3-
SO4--
SiO2
Eau de pluie
environ 7 g/m3
1.7
.3
.4
.2
3.7
.2
.5
0
Eau des rivières
environ 120 g/m3
8
3
5
12
9
60
10
13
Eau de mer
environ 35 000 g/m3
11 000
400
1200
500
19 000
200
2700
0


Ce sont ces eaux qui sont à l'origine de la salinité des eaux de mer, laquelle est de l'ordre de 35 000 g / m3, soit près de 300 fois plus que les eaux douces.

Tous ces minéraux et substances organiques dissous sont des nutriments ou des oligoéléments indispensables aux organismes photosynthétiques (algues, plantes, phytoplancton, cyanobactéries, etc.) pour leur production primaire.

3. Une chaleur spécifique élevée.

L'eau est l'élément naturel (à part l'ammoniaque NH4+) dont la chaleur spécifique est la plus élevée sur terre. La chaleur spécifique étant la quantité d'énergie qu'il faut fournir à une masse d'eau donnée pour élever sa température de 1° C, cela revient à dire que l'eau est difficile à chauffer, tout autant qu'elle est difficile à refroidir.

On peut dire qu'en dehors des couches les plus superficielles, l'Océan mondial constitue essentiellement un hydrosystème froid. D'autre part, les masses d'eau continentales d'importance jouent un rôle important pour l'établissement de climats locaux.

4. Une chaleur latente de fusion et de vaporisation élevées.

Les chaleurs latentes de fusion et de vaporisation représentent les quantités de chaleur qu'il faut fournir soit pour fondre de la glace, soit pour produire de la vapeur d'eau. L'énergie nécessaire est prélevée sur le substrat, cela revient à dire, par exemple, que si la majeure partie de la vapeur d'eau atmosphérique vient de l'océan, celui-ci est constamment refroidi par ce mécanisme de vaporisation.

Ces deux caractéristiques expliquent en grande partie pourquoi les hydrosystèmes, surtout océaniques, mais aussi continentaux, se comportent comme de formidables tampons thermiques et pourquoi la température à la surface de la terre varie dans des proportions réduites.

5. Des variations de densité importantes.

L'eau présente un maximum de densité pour une température proche de +4° C. Cela revient à dire que les eaux des fonds des océans sont à une température de +4° C. Cela est vrai partout, sauf dans les Océans glacials pour la raison essentielle que leurs eaux n'atteignent pas cette température. C'est aussi la température des eaux au fond des lacs localisés dans des régions tempérées froides ou froides.

Lorsque des eaux superficielles se trouvent refroidies jusqu'à cette température de +4° C, elles deviennent plus lourdes que les eaux qui les supportent et vont donc couler vers les fonds. Ce phénomène est très important, en particulier pour les eaux continentales, puisqu'il assure le mélange des eaux, mélange qui a lieu une ou deux fois par an (lacs monomictiques ou lacs dimictiques).

La glace, parce qu'elle flotte, joue un rôle fondamental en empêchant la pénétration du froid dans les masses profondes d'eaux soumises à des grands froids.

6. Une transparence, certes, mais seulement dans le spectre visible.

Si l'eau apparaît incolore, c'est parce qu'elle est transparente dans le spectre visible. Les grandes masses d'eau absorbent les infrarouges sur quelques mètres d'épaisseur. C'est la raison essentielle qui fait que seules les couches les plus superficielles des eaux s'échauffent. Il en va de même pour la vapeur d'eau atmosphérique laquelle de ce fait limite largement la pénétration des infrarouges. C'est une des raisons qui expliquent que les écarts de température entre l'hiver et l'été sont plus limités dans les régions soumises à l'influence océanique que dans les régions continentalisées (éloignées de l'océan).

Les eaux restent transparentes sur des profondeurs importantes pour les verts et les bleus. C'est une des raisons qui expliquent pourquoi les lacs ou les océans, surtout si leurs eaux sont limpides, sont verts (moins profonds) ou bleus (plus profonds). Les eaux ne sont transparentes aux radiations utiles pour la photosynthèse que sur une épaisseur qui varie, en moyenne, de 10 à 50 mètres (zone euphotique).

7. Une constante diélectrique élevée.

La constante diélectrique élevée de l'eau explique pourquoi les substances qu'elle dissous facilement se retrouvent fréquemment sous forme d'ions.

8. Une molécule particulièrement stable.

La molécule d'eau est particulièrement stable pour la raison que les atomes d'hydrogène et l'atome d'oxygène qui la constituent mettent chacun en commun un électron pour établir leur liaison. De fait, les atomes d'hydrogène possèdent deux électrons et celui d'oxygène possède huit électrons sur sa couche périphérique. C'est cette saturation de la couche externe de la molécule qui lui confère sa grande stabilité.

9. Une molécule à part.

Même si la couche électronique externe reste saturée, les électrons ont tendance à migrer vers l'oxygène (O--) délaissant l'hydrogène (H+). Cette " disponibilité " électronique potentielle rend la molécule d'eau très affine pour de multiples substances qu'elle peut ainsi dissoudre.

En outre, le déséquilibre électronique a pour effet de rendre possible des liaisons entre l'atome d'hydrogène d'une molécule avec l'atome d'oxygène d'une autre molécule (liaison hydrogène). En réalité, une molécule d'eau s'entoure de quatre autres molécules constituant un tétraèdre dont les atomes d'oxygène occuperaient les sommets.

Cette liaison hydrogène, faible au regard de la liaison covalente, est suffisamment forte pour qu'aux basses températures, l'arrangement " cristallin " en tétraèdre soit permanent dans la glace et se maintiennent partiellement dans l'eau liquide. À partir de 25 - 30° C, les liaisons hydrogène perdent grandement de leur efficacité, jusqu'à ne plus exister dans l'eau chaude ou bouillante et naturellement dans la vapeur.

C'est l'existence de cette liaison hydrogène qui explique pourquoi il faut fournir beaucoup d'énergie pour vaporiser l'eau, puisque avant qu'elle le puisse, il faut d'abord casser ces liaisons dites faibles.

10. Le support du pH.

Il arrive qu'un atome d'hydrogène d'une molécule d'eau soit capté par un atome d'oxygène d'une autre molécule. Deux molécules d'eau vont donc donner naissance à un ion OH- et à un autre H3O+ (hydronium). Dans l'eau pure, il y a le même nombre d'ions OH- et H3O+. Mais qu'une substance dissoute apporte un excès d'ions OH-, la solution devient basique ; qu'une autre substance apporte un excès d'ions H3O+, la solution devient acide.

Le pH traduit la concentration d'ions H3O+ dans une solution : 0 à 7, acide : 7 neutre ; 7 à 14 basique ou alcalin.

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Informations scientifiques et techniques sur l'eau :
http://pravarini.free.fr/Eau01.htm

Agressivité et corrosivité :
http://www.gls.fr/memotec17.htm

Les procédés d'adoucissement en traitement de l'eau potable :
http://www.gls.fr/memotec6.htm

Dureté et pH de l'eau :
http://e.m.c.2.free.fr/durete.htm

Guide du traitement de l'eau de piscine :
http://piscine.discount.free.fr/chimie_eau_piscine.html



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[Corrélats : Neige / Glaciers / Voir aussi les corrélats de la page : L'eau une marchandise ? / ...]

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