Propriétés physiques de l’eau liées à la vie terrestre

Certaines caractéristiques de l’eau font qu’elle soit 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 paragraphes qui suivent. 13 L’eau a une force de cohésion élevée ce qui rend cette matière difficile à évaporer (température d’ébullition particulièrement élevée pour une molécule de cette masse molaire). Cela permet à une importante phase liquide d’exister aux températures connues sur Terre, phase liquide indispensable à la vie telle que nous la connaissons. De même, ses propriétés de solvant « doux » permettent à un très grand nombre de réactions biochimiques de se produire. L’eau pure est en réalité un isolant, qui conduit mal l’électricité. Mais puisque l’eau est un si bon solvant, elle contient souvent une bonne quantité de soluté dissous, le plus souvent des sels. Le fait que la densité de l’eau soit plus grande à l’état liquide que solide, propriété commune avec le Bismuth, a une conséquence remarquable : la glace flotte. De surcroît, le fait que la densité de l’eau douce soit maximale à 4°C fait que la température au fond d’un lac ne peut pas descendre en dessous de 4°C (sauf cas extrêmes). Cela permet à la vie aquatique de survivre aux périodes glacées, car l’eau reste liquide sous son manteau de glace isolant (d’ordinaire, la densité à l’état liquide est plus faible qu’à l’état solide pour les autres corps). Par ailleurs, sa tension superficielle particulièrement élevée favorise le phénomène de capillarité, qui permet, entre autres, aux plantes de pousser et à de nombreux êtres vivants de se déplacer sur la surface de l’eau. En effet 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 14 le transport vertical de l’eau chez les végétaux et nuisible avec la remontée d’humidité dans les murs de maisons. 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 qui y entre. L’eau comme tous les milieux transparents est dispersif, ce qui signifie que la vitesse de la lumière change dans ce milieu avec sa longueur d’onde. Ainsi il est possible de déterminer son indice de réfraction (n) qui est une mesure de sa capacité de changer la direction de la lumière. L’indice de réfraction augmente habituellement avec la densité du milieu. Le tableau III montre les résultats de quelques mesures de l’indice de réfraction de l’eau, n(λ) par rapport à de l’air sec de même température que l’eau et à la pression de une atmosphère (760 mm Hg ou 1013 hPa) .

Propriétés chimiques de l’eau

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 (figure 3). 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 une 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 molécule 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).