L'eau est la véritable source de la vie sur terre. Elle participe à d'innombrables processus biologiques et en fait partie intégrante. Cela est possible grâce à ses propriétés uniques telles que :

Dans notre blog, nous faisons souvent référence à certaines propriétés de l'eau, mais nous nous penchons rarement sur la physique et la chimie de l'eau. Aujourd'hui, nous allons essayer de vous expliquer simplement pourquoi l'eau n'est pas seulement la "source de la vie sur terre", mais aussi une substance chimique vraiment spéciale, en mettant en évidence ses remarquables propriétés physiques et chimiques.

Propriétés physiques de l'eau

L'eau pure n'a ni goût ni odeur et se trouve à l'état liquide à une température normale (20°C).

Le nom "eau" est trivial ; le composé chimique s'appelle l'oxyde d'hydrogène. D'après son nom, on peut comprendre qu'il contient des ions d'hydrogène et d'oxygène qui sont reliés par une liaison dite covalente.

L'atome d'hydrogène a une valence (capacité à former des liaisons) de 1, et l'atome d'oxygène une valence de 2. C'est pourquoi la formule de l'eau est H2O. En outre, chaque molécule d'eau peut former jusqu'à quatre liaisons hydrogène (deux liaisons hydrogène et deux liaisons oxygène). Toutes les anomalies des propriétés physiques de l'eau sont liées à ces liaisons - l'eau a un point d'ébullition relativement élevé (100°C). S'il n'y avait pas de liaisons hydrogène, l'eau bouillonnerait à une température de -80°C et gèlerait à -100°C. Cette structure nous permet de voir l'eau dans trois états (solide, liquide, gazeux) dans l'environnement naturel. Si vous souhaitez en savoir plus, nous vous invitons à lire notre article précédent, qui explique comment l'eau bout et gèle, ainsi que les différences entre les eaux lourdes.

Propriétés chimiques de l'eau

Approfondissons les propriétés chimiques de l'eau et leur lien avec les indicateurs de l'eau sur Terre.

Pour comprendre les processus environnementaux qui impliquent l'eau en tant que composant des réactions, il est important de se familiariser avec les principales propriétés chimiques de H2O. Ces propriétés peuvent être résumées en une courte liste.

Interaction de l'eau avec des substances simples

Les caractéristiques chimiques de l'eau apparaissent clairement dans sa réaction avec les métaux alcalins et alcalino-terreux, qui peut être assez vigoureuse, produisant de la chaleur et parfois même de la lumière. Par exemple, le sodium, le potassium et le calcium sont capables de se déplacer et même de "sauter" à la surface de l'eau.

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH

Les métaux moins actifs réagissent soit en chauffant, soit pas du tout, par exemple le fer :

3Fe + 4H2O = 4H2+ Fe3O4 (uniquement à chaud)

Ces réactions ne se produisent pas dans la nature, mais la réaction de corrosion qui se produit lorsque de l'air est ajouté à l'eau est très courante et illustre une autre propriété chimique de l'eau.

4Fe + 3O2 + 6H2O ➝ 4Fe(OH)3.

Cette équation décrit la formation de rouille sur les surfaces en fer. Des processus similaires peuvent également se produire avec le cuivre, le zinc et leurs alliages. Les réactions avec les non-métaux se produisent exclusivement sous l'effet de la chaleur ou d'autres types d'influence.

Réactions avec les non-oxydes

Dans la nature, l'eau entre souvent en contact avec le dioxyde de carbone, ainsi qu'avec les oxydes de soufre et d'azote, qui sont des composants des gaz d'échappement, par le biais de ce mécanisme :

SO2 + H2O = H2SO4.

Ces processus entraînent la formation de pluies acides, ce qui illustre les caractéristiques chimiques de l'eau.

La photosynthèse

La photosynthèse est une réaction remarquable qui permet aux plantes de convertir le dioxyde de carbone et l'eau en nutriments, notamment l'amidon et le glucose, en utilisant la lumière du soleil comme source d'énergie.

L'équation chimique de la photosynthèse est la suivante :

6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2

Cette équation résume le processus par lequel les plantes utilisent l'eau pour créer des hydrates de carbone et libérer de l'oxygène. La photosynthèse est donc un processus essentiel au maintien de la vie sur Terre, car elle génère de l'oxygène et constitue la base de nombreuses chaînes alimentaires dans les écosystèmes.

L'eau, un solvant idéal

L'eau est un solvant polyvalent qui facilite de nombreux processus invisibles, qui sont souvent les plus fascinants. Cependant, il est rare de trouver l'eau sous sa forme la plus pure dans la nature, car elle contient généralement des sels inorganiques, des gaz et un large éventail de substances organiques. La dureté naturelle de l'eau résulte de son mouvement à travers les roches, ce qui lui permet de se saturer en minéraux. En fonction de la composition des roches, de leur solubilité et de la température de l'environnement, certaines concentrations de leurs ions peuvent se dissoudre dans l'eau. Les carbonates, les sulfates, les nitrates de calcium, de magnésium, de sodium, de potassium et d'autres cations sont couramment présents dans ces roches. Les minéraux tels que le gypse (CaSO4), la dolomie (CaCO3 - MgCO3) et le calcaire (CaCO3) sont probablement les principaux responsables de la dureté de l'eau.

Le fer et le manganèse dissous sont généralement présents dans les eaux de forage naturelles, car les sels de fer solubles ont tendance à se trouver dans les zones dépourvues d'air. Ils proviennent souvent de minerais de fer magnétiques, bruns et rouges, de magnésite et de matériaux similaires. Le sulfure d'hydrogène est également présent dans les eaux souterraines, où il est produit par des processus chimiques impliquant des substances organiques. Dans l'air, il s'oxyde facilement en soufre élémentaire et se précipite, souvent sans être visible à l'œil nu.

Les eaux de surface naturelles contiennent de l'oxygène dissous et des composants azotés résultant de l'activité vitale des micro-organismes, tels que l'ammoniac, les nitrites et les nitrates, qui peuvent facilement se transformer les uns en les autres. On trouve également des protéines et des acides aminés dans les masses d'eau. Les activités anthropiques introduisent les polluants les plus toxiques dans l'eau, tels que les sels de métaux lourds, les produits organiques industriels, les nitrates et les phosphates provenant des engrais.

Diverses réactions se produisent en permanence dans l'eau, notamment des processus d'échange qui entraînent la précipitation du tartre constitué de carbonate de calcium. En outre, des réactions d'oxydation-réduction peuvent entraîner la formation de boues ou de sédiments ferrugineux dans l'eau de forage.

En résumé, les propriétés chimiques et physiques de l'eau en font une substance exceptionnelle aux applications diverses. En tant que solvant idéal, la capacité de l'eau à dissoudre diverses substances et à présenter des caractéristiques physiques uniques, telles qu'une tension superficielle et une conductivité thermique élevées, contribue à sa grande utilité dans les environnements biologiques et industriels. En décrivant les propriétés physiques et chimiques de l'eau, nous comprenons mieux le rôle essentiel qu'elle joue dans le maintien de la vie et dans la conduite des processus naturels essentiels.