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2011-06-16, 20:46 | رقم المشاركة : 1 | ||||
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L'eau
Eau
Propriétés générales Diagramme de phase de l’eau, montrant l’état de l'eau pure en fonction de la température et de la pression Eau Géométrie de la molécule d'eau Général Formule brute H2O Nom IUPAC 1/H2O/h1H2 Numéro CAS 7732-18-5 Code ATC {{{ATC}}} Apparence Liquide incolore Propriétés physiques Masse (La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur...) moléculaire 18 g.mol − 1 Température de fusion 0°C (273,15 K) Température de vaporisation 100°C (373,15 K) Densité (La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume...) 1 (liquide) Densité 0,913 (solide) Thermochimie ΔfH0gas −241,5 kJ/mol ΔfH0liquide −285,8 kJ/mol ΔfH0solide N/A Cp pour l'eau liquide : 4,186 kJ/(kg·K) Cp pour l'eau solide : 2,060 kJ/(kg·K) Chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de Chaleur nécessaire à l'unité de...) de vaporisation 2 257,92 kJ/kg Chaleur latente de fusion 335 kJ/kg Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. L’état solide de l'eau est la glace ; l’état gazeux est la vapeur () (d’eau). Elle est totalement invisible et si on la voit s’élever au-dessus d’une casserole d’eau bouillante, c’est que le mouvement ascendant de la vapeur entraîne avec lui des minuscules gouttelettes d’eau. L’état de l’eau dépend des conditions de pression P et de température T. Il existe une situation unique (P,T) dans laquelle l’eau coexiste sous les trois formes solide, liquide, et gazeux ; cette situation est appelée « point triple de l'eau », elle a lieu à une température de 273,16 K (0,01°C) et une pression de 611,2 Pa. Les unités de température (anciennement les degrés Celsius, maintenant les kelvins) sont définies grâce à ce point (Graphie) triple de l’eau. La vélocité du son dans l'eau est de 1 500 m/s dans les conditions normales de température et de pression. La masse de 1 L d'eau à la température de 4°C était la première définition du kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).). Par approximation, on prend pour masse volumique de l’eau dans les conditions normales la valeur de 1 000 kg/m3, une tonne par mètre cube soit un kilogramme par litre. La chaleur massique de l’eau est de 4 186 J/(kg·K) dans les conditions normales de température et de pression. L’eau était utilisée comme étalon de chaleur dans d’anciens systèmes d'unité : la calorie (et la frigorie) quantifiait la chaleur à apporter (resp. soustraire) pour augmenter (resp. réduire) d'un degré Celsius la température d’un gramme d’eau : soit 4,185 joules. Les chimistes se réfèrent parfois en blaguant à l'eau avec un nom savant (et justifié) comme du monoxyde de dihydrogène dans des parodies de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) scientifique sérieuse qui présentent ce produit comme mortellement dangereux et à bannir. Tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé 1 : Quelques Propriétés de l'eau en fonction de la température Temp. (°C) Masse volumique (g/cm3) Chaleur massique (J/g·K) Viscosité (µPa·s) 0,99984 4,2176 1793 10 0,99970 4,1921 1307 20 0,99821 4,1818 1002 30 0,99565 4,1784 797,7 40 0,99222 4,1785 653,2 50 0,98803 4,1806 547,0 60 0,98320 4,1843 466,5 70 0,97778 4,1895 404,0 80 0,97182 4,1963 354,4 90 0,96535 4,2050 314,5 100 0,95840 4,2159 281,8 Température d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état...) de l'eau en fonction de l'altitude Altitude (m) Temp. (°C) 100 4 807 (Mont Blanc) 85 8 844 (Everest) 72 Certaines des caractéristiques de l'eau font d'elle une molécule remarquable, aux particularités qui ont permis à la vie sur Terre de se développer. Ces caractéristiques, surtout liées à sa nature dipolaire, sont explicitées dans les chapitres qui suivent.
Eau claire et transparente L'indice de réfraction n d'un milieu transparent est une mesure de sa capacité de changer la direction de propagation d'un rayon de lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...) qui y entre. Si la lumière devait voyager dans l'espace vide (Le vide est avant tout un concept philosophique. Il désigne l'absence de matière.) puis pénétrer dans l'eau, on pourrait faire le rapport des sinus des angles d'incidence et de réfraction (mesurés à partir de la perpendiculaire à la surface de l'eau) selon la loi de Snell-Descartes (voir Réfraction) pour calculer l'indice de réfraction de l'eau relativement au vide. Cet indice ne dépendrait que de l'état physique de l'eau (solide, liquide ou gazeux). Mais, dans la pratique, il est plus simple d'utiliser une interface ou dioptre air-eau pour obtenir l'indice de réfraction de l'eau par rapport à l'air, et puis pour le convertir de l'air au vide en multipliant par l'indice de l'air par rapport au vide. Le résultat, qui est toujours plus grand que 1, est le rapport de la vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) de la lumière dans le vide à sa vitesse dans l'eau : la lumière voyage plus lentement dans l'eau que dans le vide (ou dans l'air). Tous les milieux transparents sont dispersifs, ce qui signifie que la vitesse de la lumière change avec sa longueur (La longueur d’un objet représente la distance entre deux de ses extrémités, les plus éloignées possibles. Lorsque...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés...) λ. Plus précisément, dans la partie visible du spectre électromagnétique (approximativement 400 à 700 nanomètres) l'indice de réfraction est généralement une fonction décroissante de longueur d'onde : la lumière violette est plus déviée que le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). En outre, le taux de changement de l'indice de réfraction augmente également tandis que la longueur d'onde diminue. L'indice de réfraction augmente habituellement avec la densité du milieu. L'eau présente toutes ces caractéristiques. Le tableau 1 montre les résultats de quelques mesures (Tilton et Tailor) de l'indice de réfraction de l'eau, n(λ) par rapport à de l'air sec de même température T que l'eau et à la pression de une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations (760 mmHg ou 1 013 hPa). Indice de réfraction de l'eau en fonction de sa température et de la longueur d'onde de la lumière Longueur d'onde λ (Angströms) T = 10°C T = 20°C T = 30°C 1,330 7 1,330 0 1,329 0 5 893 1,333 7 1,333 0 1,331 9 5 016 1,337 1 1,336 4 1,335 3 4 047 1,343 5 1,342 7 1,341 7 L’eau de mer contient des impuretés dissoutes, principalement sous forme de sels dissociés de sodium, de magnésium, de calcium, et de potassium. Sa densité, et par conséquent n(λ), dépendent donc de sa salinité exprimée en grammes de sels dissous par litre d'eau de mer (g/L) ou en grammes par kilogramme (g/kg) équivalent à des parties par mille en masse. Il est à noter que les fonds marins (< 3 000 m) sont à une température inférieures à 4°C (environ 2°C ou moins) car l'eau salée voit son maximum de densité à une température inférieure, et surtout cet extremum s'estompe en un plateau constant avant la congélation. Le mouvement des masses océaniques profondes est dominé par la variation de leur salinité. Elles proviennent principalement de la saumure issue de la formation de la banquise (congélation de l'eau de mer) en hiver aux pôles, ainsi que du refroidissement des eaux de surfaces dans les mêmes conditions. Le tableau 2 (pris de Dorsey) montre comment le n(λ) augmente avec la salinité pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5 893 angstroms = 589,3 nm) à 18°C. Tableau 2 : Changements de l'indice de réfraction dû à la salinité augmentation de la salinité salinité (g/kg) valeur de n(λ) Emplacement 0,000 97 mers baltiques nordiques 10 0,001 94 15 0,002 90 20 0,003 86 enfoncements de Biafra 25 0,004 82 30 0,005 77 35 0,006 73 surface de l'Océan Atlantique 40 0,007 69 mers rouges nordiques Clairement, les facteurs les plus significatifs affectant le n(λ) sont la longueur d'onde de la lumière et la salinité de l'eau. Néanmoins, le n(λ) excède de moins de 1 % la gamme indiquée des valeurs de ces variables. Références
Nature dipolaire de l'eau Dipôle de la molécule d'eau Une propriété très importante de l'eau est sa nature polaire. La molécule d'eau forme un angle de 104,45° au niveau de l’atome d'oxygène entre les deux atomes d'hydrogène. Puisque l'oxygène a une électronégativité plus forte que l'hydrogène, le côté de la molécule d'eau où se trouve l'atome d'oxygène est chargé négativement, par comparaison avec le côté hydrogène. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule polaire), ayant un moment dipolaire de 1,83D. Cette différence de charge fait que les molécules d'eau s'attirent les unes les autres, le côté positif de l'une attirant le côté négatif d'une autre. Un tel lien électrique entre deux molécules s'appelle un pont hydrogène ou liaison hydrogène. Cette polarisation permet aussi à la molécule d'eau de dissoudre les corps ioniques, en particulier les sels, et de les maintenir dans cet état en entourant chaque ion d'une coque de molécules d'eau, c'est la solvatation (voir ci-dessous l'eau comme solvant). Cette force d'attraction, relativement faible par rapport aux liaisons chimiques covalentes de la molécule elle-même, est à la source de propriétés comme un point d'ébullition élevé (quantité d'énergie calorifique nécessaire pour briser les ponts hydrogènes), ainsi qu'une capacité calorifique élevée. À cause des ponts hydrogènes également, la densité de l'eau liquide est supérieure à la densité de la glace (état où l’eau est cristallisée). De ce fait, en hiver la glace qui se forme à la surface d'un étang y reste et protège du gel l'eau située plus bas, ce qui permet aux poissons et autres êtres vivants d'y survivre. L'eau atteint sa plus haute densité à la température de 4°C, qui est ainsi la température qu'on trouve typiquement au fond d'un étang gelé. Une autre conséquence est que la glace fond quand suffisamment de pression lui est appliquée. Équilibre acidobasique L'eau se dissocie naturellement en ion hydronium H3O+ et ion hydroxyde OH− : 2H2O = H3O+ + OH−. Par perte d'un proton H+, elle devient OH−. Par gain d'un proton H+, elle devient l'ion hydronium H3O+. On dit donc que c'est une espèce amphotère. Du fait de l'équilibre, à une température donnée, le produit des concentrations de ces ions, ou « produit de dissociation », est constant. À 25°C, il vaut : [H3O+]·[OH−] = 10−14 (pas d'unité car constante d'équilibre). La concentration (en mole par litre) étant symbolisée par une mise entre crochets. Les ions hydronium et hydroxyde sont très réactifs, ils peuvent attaquer d'autres matériaux, les dissoudre. On définit l'acidité grâce à la concentration en ion hydronium, par le pH : pH = −log10 [H3O+]. À 25°C, le pH de l'eau pure vaut 7, il est dit neutre. L’ajout de certains produits dits « acides » va déplacer l’équilibre de dissociation de l’eau et abaisser le pH (augmentation du nombre d'ions hydronium) ; à l'inverse, l'ajout de certains produits dits « basiques » va déséquilibrer la réaction dans l'autre sens, favoriser la présence d'ions hydroxyde et augmenter le pH. On note que l'eau peut capturer un proton ou en libérer un, c'est donc un ampholyte, c'est-à-dire à la fois un acide et une base. Cet équilibre acide/base est d'une importance capitale en chimie minérale comme en chimie organique. L'eau comme solvant Eau naturelle oxygénée Grâce à sa polarité, l’eau est un excellent solvant. Quand un composé ionique ou polaire pénètre dans l’eau, il est entouré de molécules d'eau. La relative petite taille de ces molécules d’eau fait que plusieurs d'entre elles entourent la molécule de soluté. Les dipôles négatifs de l'eau attirent les régions positivement chargées du soluté, et vice versa pour les dipôles positifs. L'eau fait un excellent écran aux interactions électriques (la permittivité électrique εe de l'eau est de 78,5 à 25°C), il dissocie donc facilement les ions. En général, les substances ioniques et polaires comme les acides, alcools, et sels se dissolvent facilement dans l'eau, et les substances non-polaires comme les huiles et les graisses se dissolvent difficilement. Ces substances non-polaires restent ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments...) dans l’eau car il est énergétiquement plus facile pour les molécules d'eau de former des ponts hydrogène entre elles que de s'engager dans des interactions de van der Waals avec les molécules non polaires. Un exemple de soluté ionique est le sel de cuisine alias chlorure de sodium, NaCl, qui se sépare en cations Na+ et anions Cl−, chacun entouré de molécules d'eau. Les ions sont alors facilement transportés loin de leur matrice cristalline. Un exemple de soluté non ionique est le sucre de table. Les dipôles des molécules d'eau forment des ponts hydrogène avec les régions dipolaire de la molécule de sucre, et celle-ci est ainsi extraite vers l'eau liquide. Cette faculté de solvant de l'eau est vitale en biologie, parce que certaines réactions biochimiques n'ont lieu qu'en solution (par exemple, réactions dans le cytoplasme ou le sang.) C'est pourquoi, pour le moment, l’eau liquide est considérée comme indispensable à la vie et est activement recherchée sur les divers astres du système solaire, notamment sur Mars et Europe (L’Europe est considérée comme un continent ou une partie de l’Eurasie (péninsule occidentale), voire de...) une lune de Jupiter. Tension superficielle Les ponts hydrogène confèrent à l’eau une grande tension superficielle et une grande cohésion. Cela se voit quand de petites quantités d'eau sont posées sur une surface non soluble et que l'eau reste ensemble sous forme de gouttes. Cette propriété qui se manifeste par la capillarité est utile dans le transport vertical de l'eau chez les végétaux et nuisible avec la remontée d'humidité dans les murs de maisons. Conductivité L'eau pure est en réalité un isolant, qui conduit mal l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par...). Mais puisque l'eau est un si bon solvant, elle contient souvent une bonne quantité de soluté dissous, le plus souvent des sels. Si l'eau contient de telles impuretés, elle peut conduire l'électricité facilement. Le stator des très gros alternateurs est refroidi par circulation d'eau déionisée dans les conducteurs creux de l'enroulement. Malgré les différences de potentiel de plusieurs dizaines de milliers de volts entre le circuit de refroidissement et les conducteurs électriques, il n’y a pas de problèmes de fuite de courant. Voir conductivité électrique (mesure). Décomposition de l'eau (thermolyse et électrolyse) La première décomposition de l’eau fut faite par Lavoisier, en faisant passer de la vapeur d'eau sur du fer chauffé au rouge (thermolyse). Ce faisant, il établit que l’eau n’était pas un élément mais un corps chimique composé de plusieurs éléments. La thermolyse de l’eau commence à devenir significative vers 750°C, et elle est totale vers 3 000°C. La réaction produit du dioxygène et du dihydrogène : 2H2O ↔ 2H2 + O2. L’autre manière de décomposer l'eau est l'électrolyse. Sous l'effet d'un courant qui la traverse, l'eau peut être divisée en dihydrogène et dioxygène. Les molécules d'eau se dissocient naturellement en ions H3O+ et OH−, qui sont attirés par la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à...) et l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par...) respectivement mais comme cette dissociation est faible dans la pratique on a recours à des catalyseurs comme l’acide sulfurique ou l’hydroxyde de sodium. À l’anode, quatre ions OH− se combinent pour former des molécules de dioxygène O2, deux molécules d'eau, et libérer quatre électrons. Les molécules de dioxygène ainsi produites s'échappent sous forme de bulles de gaz vers la surface, où elles peuvent être collectées. Dans le même temps, à la cathode, il y a une libération de deux molécules de dihydrogène H2 avec utilisation de quatre électrons. 4OH− → O2 + 2H2O + 4e−. 4H3O+ + 4e− → 2H2 + 4H2O. Utilisation de l'eau L'eau dans l'alimentation
Pavillon islandais de l'Expo 2000 de Hanovre
L'eau fascine depuis toujours les artistes. Elle a souvent été utilisé par l’Aquatique Show International, qui joue avec l'eau et qui est passé maître dans l'art d'accorder les lumières, la musique et les eaux en mouvement. Elle est aussi un élément indispensable pour certain sport où elle est l'élément principal comme pour la natation synchronisée où la nageuse joue avec l'eau pour lui faire faire des mouvements harmonieux. L’eau est également bien présente sur les scènes de théâtre, d'opéra, de ballet, dans le music-hall, dans les cirques, ainsi que les concerts qui cherche à reproduire les sons de l'eau car ils sont plus nombreux qu'on ne le pense. Malgré tous les défis que l'eau demande, beaucoup ont relevé ce défi pour la beauté d'un élément qui provoque tant de rêves mais également de nombreux cauchemar pour le monde (Le mot monde peut désigner . L'eau dans les croyances L’eau a longtemps revêtu plusieurs aspects dans les croyances et les religions des peuples. Ainsi, de la mythologie gréco-romaine aux religions actuelles, l’eau est toujours présente sous différents aspects : destructrice, purificatrice, source de vie, guérisseuse et protectrice.
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2011-06-17, 15:45 | رقم المشاركة : 2 | |||
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Merci C'est une bonne article de l'eau |
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2011-06-23, 11:43 | رقم المشاركة : 3 | |||
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Un grand merci pour ce sujet ! Mon conseil pour les élèves des classes scientifiques est de copier cette étude et |
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2011-06-24, 13:23 | رقم المشاركة : 4 | |||
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l'eau c'est la vie |
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2011-07-12, 22:44 | رقم المشاركة : 5 | |||
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C est un expose scientifique .vraiment interessant ............... |
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2011-07-13, 11:11 | رقم المشاركة : 6 | |||
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belle exposition |
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2016-01-06, 21:18 | رقم المشاركة : 7 | |||
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l'eau c'est la vie |
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