V) Propriétés de l'eau liquide
1) Caractéristiques expérimentales de la molécule d'eau
- La molécule d'eau est coudée : α = 104,45°
- Les liaisons OH sont courtes : lOH = 96 pm
- L'eau possède un fort moment dipolaire : u = 1,85 D
1 D = (1/3) × 10-29 C·m
Le moment dipolaire total de la molécule de l'eau :
u = u1 + u2
u1 = δe·OH et u2 = δe·OH
2) Eau liquide
a) Liaison hydrogène intermoléculaire :
La liaison hydrogène augmente les constantes physiques de H2O (point d'ébullition, température de changement d'état...)
b) Propriétés électriques :
- L'eau possède une permittivité relative (constante diélectrique) particulièrement élevée : εr = 80,1 à 25°C
- L'eau liquide est légèrement conductrice : existence de traces d'ions
3) Eau solvant
a) Solution aqueuse :
Une solution aqueuse (aq) est obtenue en dissolvant dans l'eau liquide (solvant) diverses substances chimiques (solutés) dans les conditions usuelles de température et de pression.
Lors de la mise en solution, on distingue différentes phases :
- Phase d'ionisation et de dispersion
- Phase de solvatation et de solvolyse
Remarque : on distingue entre :
- Composés hydrophyles : composés polaires très solubles dans l'eau (NaCl, KCl...)
- Composés hydrophobes : composés apolaires insolubles dans l'eau
b) Eau est un solvant ionisant et dispersant :
Rôle ionisant :
L'eau liquide a un fort moment dipolaire (u) qui crée un champ électrique E suffisant pour ioniser les molécules très polarisables.
H-Cl → (H+ + Cl-)aq (paire d'ions)
Rôle dispersant :
La constante diélectrique très élevée de l'eau (εr = 80) affaiblit la force électrostatique entre les ions.
Fvide = |q(-q)/4πε0r2|
Feau = |q(-q)/4πε0εrr2| = Fvide/εr = Fvide/80
Donc dans l'eau les ions existent sous forme dispersée.
c) Solvatation :
Dans le cas de l'eau on parle d'hydratation.
d) Solvolyse :
Dans le cas de l'eau on parle d'hydrolyse. Elle traduit une coupure des liaisons σ sous l'action du solvant, la réaction peut être totale ou limitée.
Exemples :
- Totale : H-Cl → H+ + Cl- (H3O+ + Cl-)
- Limitée : CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO- + H3O+
e) Autoprotolyse de l'eau
H2O + H2O ⇌ H3O+ + HO-
Remarque importante :
L'autoprotolyse de l'eau explique son caractère amphotère et sa conductibilité électrique très faible :