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La chimie de l’eau : notre santé en dépend !

  • L’eau est de nature dipolaire

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 liaisons avec les atomes d’hydrogène. Puisque l’oxygène a une électronégativité plus forte que l’hydrogène, l’atome d’oxygène a une charge partielle négative δ, alors que les atomes d’hydrogène ont une charge partielle positive δ+. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule polaire). Cette polarité 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 une liaison hydrogène.

molécule d’eau dipolarisée (angle = 104,45 °)          molécule d’eau ordinaire (angle > 104,45 °)

 Cette polarisation permet aussi à la molécule d’eau de dissoudre les corps ioniques, en particulier les sels, en entourant chaque ion d’une coque de molécules d’eau par un phénomène de solvatation

  • L’eau peut s’autodissocier

L’eau se dissocie naturellement en ion en oxonium H3O+ (aussi appelé hydronium) et ion hydroxyde OH :

2 H2O = H3O+ + OH

La réaction est dite d’autodissociation ou d’autoprotolyse.

Dans cette réaction, l’eau joue à la fois le rôle d’acide et de base: comme acide, elle perd un proton H+ et devient l’ion hydroxyde OH ; comme base elle gagne un proton H+ et devient l’ion oxonium H3O+. On dit donc que c’est une espèce amphotère ou un ampholyte.

La constante d’équilibre de cette réaction est très faible (10-14 à 25 °C) ; le nombre d’ions oxonium et hydroxyde formés est donc très minoritaire devant le nombre de molécules d’eau. Du fait de l’équilibre, à une température donnée, le produit des concentrations de ces ions est constant, égal à la constante de dissociation. À 25 °C, il vaut : [H3O+].[OH] = 10−14

Dans l’eau pure, les ions H3O+ et OH sont issus uniquement de l’autoprotolyse de l’eau, ils sont donc présents en concentrations égales, donc : [H3O+] = [OH] = 1×10−7 mol·l−1 (à 25 °C)

Le pH étant défini à partir de la concentration en ions oxonium (pH = −log10 [H3O+]), à 25 °C, le pH de l’eau pure vaut donc 7, il est dit neutre.

Cet équilibre acide/base est d’une importance capitale en chimie minérale

  • L’eau est un solvant naturel

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 dans l’eau car il est énergétiquement plus facile pour les molécules d’eau de former des liaisons hydrogène entre elles. 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 liaisons hydrogène avec les régions dipolaire de la molécule de sucre.

Cette faculté de solvant de l’eau est vitale en biologie, parce que certaines réactions biochimiques n’ont lieu qu’en solution comme par exemple les réactions dans le cytoplasme ou le sang.

à lire aussi : l’eau dans le corps : un équilibre sensible et fragile

les eaux bénéfiques

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