L'eau (molécule)

L'eau
Atomic structure of the water molecule
Généralités
Nom systématique L'eau
Oxane
D'autres noms Aqua
Formule moléculaire H2O
La masse molaire 18.02 gmole
Aspect transparent, presque
liquide sans couleur avec
un léger conseil de bleu [ 1 ]
Nombre de CAS [ 7732-18-5 ]
Propriétés
Densité et phase 1 gcentimètre3, liquide
917 gcentimètre3, plein
Point de fusion 0°C (273.15 K)
Point d'ébullition 100°C (373.15 K)
Acidité (pKa) 15.74
Basicité (pKb) 15.74
Viscosité 1 mPa·s à 20°C
Structure
Forme moléculaire coudé non linéaire
Structure en cristal Hexagonal
Voyez glace
Moment de dipöle 1.85 D
Risques
MSDS MSDS Externe
Principal risques Aucun risque connu
NFPA 704 Image:nfpa_h0.pngImage:nfpa_f0.pngImage:nfpa_r0.png
RTECS nombre ZC0110000
Page supplémentaire de données
Structure et
propriétés
n, ?r, etc...
Thermo-dynamique
données
Comportement de phase
Solide, liquide, gaz
Données spectrales UV, IR, RMN, MME.
Composés relatifs
Connexe dissolvants acétone
méthanol
Composés relatifs glace
l'eau lourde
Excepté où remarquable autrement, des données sont données pour
matériaux dans le leur état standard (à 25°C, kPa 100)
Déni et références d'Infobox

L'eau a formule chimique H2O, signification de celui-là molécule d'eau se compose de deux hydrogène atomes et un l'oxygène atome. Il est dedans équilibre dynamique entre liquide et plein états à la température et pression standard. À température ambiante, c'est a sans couleur, insipide, inodore liquide. Il est scientifiquement l'universel dissolvant et la seule substance pure a trouvé naturellement dans chacun des 3 états de matière.

Table des matières

Formes de l'eau

Voyez Catégorie :Formes de l'eau

L'eau prend beaucoup de formes. à semi-conducteurs de l'eau est connu As glace; état gazeux est connu As vapeur d'eau (ou vapeur). L'eau a beaucoup d'autres formes, comme glace vitreuse, un non cristallin (vitreux), à semi-conducteurs de l'eau.

Au-dessus d'un certain la température critique et pression (647 K et 22.064 MPa), les molécules d'eau assument a supercritique condition, dans ce qui liquide-comme des faisceaux flottent dans a vapeur-comme la phase.

L'eau lourde est l'eau en laquelle hydrogène des atomes sont remplacés par son plus lourd isotope, deutérium. Il est chimiquement presque identique à l'eau normale. L'eau lourde est employée dans industrie nucléaire pour ralentir neutrons.

Une substance commune

L'eau dans l'univers

L'eau a été trouvée dedans nuages interstellaires dans le notre galaxie, Manière Laiteuse. On le croit que l'eau existe dans l'abondance dans d'autres galaxies aussi, parce que ses composants, hydrogène et l'oxygène, soyez parmi les éléments les plus abondants dans univers.

Les nuages interstellaires condensent par la suite dans nébuleuses solaires et systèmes solaires, comme le nôtre. L'eau initiale peut alors être trouvée dedans comètes, planètes, et leur satellites. Dans notre système solaire, l'eau, sous la forme de liquide ou de glace, a été trouvé :

  • sur Lune,
  • sur les planètes Mercure, Mars, Neptune, et Pluton,
  • sur des satellites des planètes, comme Triton et Europa.

L'eau sur terre

cycle de l'eau (connu scientifiquement en tant que cycle hydrologique) se rapporte à l'échange continu de l'eau dans hydrosphère, entre l'atmosphère, sol l'eau, eau de surface, eaux souterraines, et usines.

Le volume approximatif de l'eau de la terre (tout le approvisionnement en eau en monde) est le km³ 1.360.000.000 (mi³ 326.000.000). De ce volume :

  • le km³ 1.320.000.000 (316.900.000 mi³ ou 97.2%) est dans océans
  • le km³ 25.000.000 (6.000.000 mi³ ou 1.8%) est dedans glaciers et calottes glaciaires
  • le km³ 13.000.000 (3.000.000 mi³ ou 0.9%) est eaux souterraines.
  • le km³ 250.000 (60.000 mi³ ou 0.02%) est eau doux dans les lacs, mers intérieures, et fleuves.
  • le km³ 13.000 (3.100 mi³ ou 0.001%) est vapeur d'eau atmosphérique à n'importe quelle heure donnée.

L'eau liquide est trouvée dedans eaux superficielles, comme océan, mer, lac, fleuve, jet, canal, ou étang. La majorité de l'eau sur terre est eau de mer. L'eau est également présente dans l'atmosphère en phases de liquide et de vapeur. Il existe également comme eaux souterraines dedans couches aquifères. Bien que de l'eau ébullitions normalement à environ 100°C, dans passages profonds de mer l'eau surchauffée pressurisée atteint une température normale de 400°C, considérant qu'au dessus du bâti Everest, la basse pression permet à l'eau de bouillir à un seul 70°C.

L'eau dans l'industrie

L'eau est également employée dans beaucoup de processus industriels et machines, comme turbine à vapeur et échangeur de chaleur, en plus de son utilisation comme produit chimique dissolvant. La décharge de l'eau non traitée des utilisations industrielles est pollution. La pollution inclut les corps dissous déchargés (pollution chimique) et l'eau déchargée de liquide réfrigérant (pollution thermique). L'industrie exige l'eau pure pour beaucoup d'applications et utilise une variété de purification techniques les deux dedans approvisionnement et décharge en eau.

Physique et chimie de l'eau

Densité de l'eau et de glace

Pour la plupart des substances, la forme pleine de la substance est plus dense que la forme liquide ; ainsi, un bloc de solide pur descendra dans un baquet de liquide pur. Mais un bloc de glace flottera dans un baquet de l'eau parce que l'eau pleine est moins dense que l'eau liquide. C'est la première propriété peu commune de l'eau. À la température ambiante, l'eau liquide devient plus dense avec abaisser la température, juste comme d'autres substances. Mais à 4°C, au-dessus de zéro juste, l'eau atteint sa densité maximum, et comme eau se refroidit plus loin vers la congélation, l'eau liquide augmente pour devenir moins dense. La raison physique de ceci est la connexe au structure en cristal de l'ordinaire glace, connu As hexagonal glace Ih. L'eau, gallium, et bismuth sont certains des quelques matériaux qui augmentent quand ils gèlent ; la plupart d'autre contrat de matériaux. SI l'eau était plus dense si congelée, les lacs et les océans dans l'environnement polaire gèleraient par la suite pour rectifier. Ceci se produirait parce que la glace congelée transférerait en bas des quantités significatives de froid, mais le phénomène de chauffage semblable ne pourrait pas se produire en été car la couche extérieure chaude est moins dense que la couche ci-dessous.

Cette expansion peu commune de l'eau pendant qu'elle se refroidit de 4°C au-dessus de zéro au point de congélation offre un avantage important pendant la vie d'eau douce en hiver. L'eau effrayante sur la surface devient plus dense et des éviers, formant les courants de convection qui refroidissent le corps entier de l'eau, mais quand la température de l'eau de lac atteint 4°C, l'eau sur la surface, en tant que lui refroidit plus loin, devient moins dense, et séjours comme couche extérieure qui forme par la suite la glace. Puisque la convection de haut en bas d'une eau plus froide est bloquée par le changement de densité, n'importe quel grand corps d'eau doux congelé en hiver aura l'eau la plus froide près de la surface, loin du lit de la rivière ou lakebed.

Densité d'eau de mer et de glace

La situation en eau salée est quelque peu différente. La glace flotte toujours pour garder les océans du solide de congélation (voir le paragraphe suivant). Cependant, la teneur en sel des océans abaisse le point de congélation par environ 2°C et abaisse la température du maximum de densité de l'eau pour être environ au point de congélation. Par conséquent, dans l'eau d'océan en raison de la teneur en sel, la convection de haut en bas d'une eau plus froide est pas bloqué par une expansion de l'eau comme elle devient proche plus froid le point de congélation ; ainsi l'eau froide des océans près du point de congélation continue à descendre. Pour cette raison, toute créature essayant de survivre au fond d'une telle eau froide comme Océan Arctique est généralement les vies dans l'eau qui est 4°C plus froids que la température au fond congelé-au-dessus des lacs et des fleuves d'eau doux en hiver.

Comme la surface de l'eau salée commence à geler (à -1.9°C pour l'eau de mer normale de salinité, 35‰) la glace qui forme est essentiellement sans sel avec une densité approximativement qui de la glace d'eau douce. Cette glace flotte sur la surface et le sel hors dont "est gelé" s'ajoute à la salinité et à la densité de l'eau de mer subjacent à lui. Cette eau de mer plus dense descend par la convection et l'eau de mer de remplacement est sujette au même processus. Ceci fournit essentiellement la glace d'eau douce à -1.9°C sur la surface. L'eau de mer accrue de densité sous la glace de formation descend vers le fond, ainsi les eaux profondes d'océan devraient avoir une température minimum de ?1.9°C également.

Point triple

la température et pression à quel solide, liquide, et l'eau gazeuse coexistez dans l'équilibre s'appelle triplez le point de l'eau. Ce point est employé pour définir les unités de la température ( Kelvin et, indirectement, le degré Celsius et même le degré Fahrenheit). Le point triple est à une température de 273.16 K (0.01 °C) par convention, et à une pression de 611.2 PA. Cette pression est tout à fait basse, environ 150 fois inférieur la pression barométrique de niveau de la mer normal de la PA 101.300. La pression extérieure atmosphérique sur la planète Mars est remarquablement près de la pression triple de point.

Effet de Mpemba

Effet de Mpemba est le phénomène étonner par lequel bidon d'eau chaude, dans certaines conditions, gel plus rapidement que le froid, quoiqu'il doive passer la température plus basse sur le chemin à la congélation. Cependant, ceci peut être expliqué avec évaporation, convection, surgélation, et isolation effet de gel.

Tension superficielle

Les baisses de l'eau sont grâce stable à la haute tension superficielle de l'eau. Ceci peut être vu quand de petites quantités de l'eau sont mises sur une surface nonsoluble telle que le verre : l'eau reste ensemble comme baisses. Cette propriété est importante pendant la vie. Pour un exemple quand l'eau est exécutée xylem les tiges hautes aux usines les attractions intermoléculaires fortes tiennent la colonne de l'eau ensemble. Les propriétés cohésives fortes tiennent la colonne de l'eau ensemble, et les propriétés adhésives fortes collent l'eau au xylem, et empêchez la rupture de tension causée près traction de transpiration. D'autres liquides avec la tension d'intrados auraient une tendance plus élevée "de déchirer", la formation du vide ou des trous d'air et le rendu de l'eau de xylem transportent inopérant.

Propriétés électriques

Pur l'eau est réellement une bonne isolateur (pauvres conducteur), signifiant qu'il pas conduite l'électricité puits. Puisque l'eau est un si bon dissolvant, cependant, il en a presque toujours corps dissous dissous dans lui, le plus fréquemment a sel. Si l'eau a même une quantité minuscule de telles impuretés, alors il peut conduire l'électricité bien mieux, parce que les impuretés telles que le sel séparent dans libre ions dans le soluté par lequel un courant électrique peut couler.

L'eau peut être coupée en ses éléments constitutifs, hydrogène et l'oxygène, en passant un courant par lui. Ce processus s'appelle électrolyse. Les molécules d'eau dissocient naturellement dans H+ et l'OH- ions, ce qui sont tirés vers cathode et anode, respectivement. À la cathode, deux H+ les ions prennent des électrons et forment H2 gaz. À l'anode, quatre OH- cartel et dégagement O d'ions2 gaz, l'eau moléculaire, et quatre électrons. Les gaz ont produit la bulle sur la surface, là où ils peuvent être rassemblés. On le sait que la résistivité électrique maximum théorique pour l'eau est approximativement 182 kilohm- mètres (ou M?·cm 18.2) à 25 degrés de Celsius. Cette figure est conforme bien à ce qui est typiquement vue sur l'osmose d'inversion, ultrafiltré et désionisé l'eau d'ultrapure systèmes utilisés par exemple, aux usines de semi-conducteur. Un contaminant de sel ou d'acide de niveau excédant cela de même 100 parties par trillion (ppt) dans l'eau d'ultrapure commencera à abaisser sensiblement son niveau de résistivité par jusqu'à plusieurs kilohm-mètres (un changement des plusieurs centaines nanosiemens par mètre de conductibilité).

Nature dipolaire de l'eau

Un dispositif important de l'eau est son polaire nature. La molécule d'eau forme un angle, avec les atomes d'hydrogène aux bouts et l'oxygène au sommet. Puisque l'oxygène a un plus haut electronegativity que l'hydrogène, le côté de la molécule avec l'atome d'oxygène a une charge négative partielle. Une molécule avec une telle différence de charge s'appelle le a dipöle. Les différences de charge causent des molécules d'eau d'être attirées entre eux (les secteurs relativement positifs étant attirés aux secteurs relativement négatifs) et à d'autres molécules polaires. Cette attraction est connue As liaison d'hydrogène, et explique plusieurs des propriétés de l'eau.

Bien que la liaison d'hydrogène soit une attraction relativement faible comparée aux obligations covalentes dans la molécule d'eau elle-même, il est responsable des propriétés physiques d'un certain nombre d'eau. Une telle propriété est son relativement haute fonte et point d'ébullition les températures ; plus la chaleur de l'énergie est exigée pour casser les obligations d'hydrogène entre les molécules. Le sulfure composé semblable d'hydrogène (H2S), ce qui a une liaison beaucoup plus faible d'hydrogène, est un gaz à température ambiante quoiqu'elle ait deux fois le poids moléculaire de l'eau. La liaison supplémentaire entre les molécules d'eau donne également à l'eau liquide un grand capacité de chaleur spécifique. Cette capacité de chaleur élevée fait à l'eau un bon milieu de stockage de chaleur.

La liaison d'hydrogène donne également à l'eau son comportement peu commun en gelant. Une fois refroidi au point de congélation proche, la présence des obligations d'hydrogène signifie que les molécules, comme ils réarrangent pour réduire au minimum leur énergie, formez hexagonal structure en cristal de glace c'est réellement d'un plus faible densité : par conséquent la forme pleine, glace, flottera dans l'eau. En d'autres termes, l'eau augmente pendant qu'elle gèle, considérant que pratiquement tous autres matériaux se rétrécissent sur la solidification.

Une conséquence intéressante du solide ayant un plus faible densité que le liquide est que la glace fondra si de la pression suffisante est appliquée. Avec l'augmentation de la pression les baisses de la température de point de fusion et quand la température de point de fusion est inférieure que la température ambiante que la glace commence à fondre. Une augmentation significative de pression est exigée pour abaisser la température de point de fusion près beaucoup - la pression exercée par un patineur de glace sur la glace réduirait seulement le point de fusion par quelque chose comme 0.09 °C.

L'eau comme dissolvant

L'eau est également une bonne dissolvant en raison du son polarité. Quand un composé ionique ou polaire entre dans l'eau, il est entouré par des molécules d'eau. La taille relativement petite des molécules d'eau permet typiquement à beaucoup de molécules d'eau d'entourer une molécule de corps dissous. Partiellement le négatif dipöle des extrémités de l'eau sont attirées aux composants franchement chargés du corps dissous, et vice versa pour les extrémités positives de dipöle.

En général, substances ioniques et polaires comme acides, alcools, et sels soyez relativement soluble dans l'eau, et les substances non polaires telles que des graisses et des pétroles ne sont pas. Les molécules non polaires restent ensemble dans l'eau parce qu'elle est énergétiquement plus favorable pour les molécules d'eau à l'obligation d'hydrogène entre eux que pour s'engager dedans interactions de van der Waals avec les molécules non polaires.

Un exemple d'un corps dissous ionique est sel de table; le chlorure de sodium, NaCl, sépare dans le Na+ cations et Cl- anions, chacun entouré par des molécules d'eau. Les ions alors sont facilement transportés loin du leur trellis cristallin dans la solution. Un exemple d'un corps dissous non ionique est sucre de table. Les dipöles font des obligations d'hydrogène avec les régions polaires de la molécule de sucre (groupes de l'OH) et leur permettent d'être emportées dans la solution.

Les propriétés dissolvantes de l'eau sont essentielles dedans biologie, parce que beaucoup de réactions biochimiques ont lieu seulement dans aqueux solutions (e.g., réactions dans cytoplasme et sang).

Nature amphotère de l'eau

Chimiquement, l'eau est amphotère -- I.e., il peut agir en tant que l'un ou l'autre acide ou a base. De temps en temps la limite acide hydroxic est employé quand l'eau agit en tant qu'acide dans une réaction chimique. À un pH de 7 (neutre), la concentration de hydroxyde ions (OH-) est égal à cela du hydronium (H3O+) ou hydrogène (H+) ions. Si équilibre est dérangé, la solution devient acide (une concentration plus élevée des ions de hydronium) ou de base (une concentration plus élevée des ions d'hydroxyde).

L'eau peut agir en tant qu'acide ou base dans les réactions. Selon Brønsted-Lowry système, un acide est défini en tant que des espèces qui donne un proton (un H+ ion) dans une réaction, et une base en tant qu'une qui reçoit un proton. En réagissant avec de l'acide plus fort, agir de l'eau comme une base ; en réagissant avec de l'acide plus faible, il agit en tant qu'acide. Par exemple, il reçoit un H+ ion de HCl dans l'équilibre :

HCl + H2O ? H3O+ + Cl-

Ici l'eau agit en tant que base, en recevant un H+ ion. Un acide donne un H+ ion, et l'eau peut également faire ceci, comme dans la réaction à ammoniaque, NH3:

NH3 + H2O ? NH4+ + l'OH-

Acidité en nature

Dans la théorie, l'eau pure a a pH de 7. Dans la pratique, il est très difficile produire l'eau pure. Gauche de l'eau exposé à l'air pour n'importe quelle durée se dissoudra rapidement anhydride carbonique, formation d'une solution diluée de acide carbonique, avec un pH limiteur environ de 5.7. Pendant que les gouttelettes de nuage forment dans l'atmosphère et pendant que les gouttes de pluie tombent par les quantités mineures d'air de Co2 sont absorbés et la plupart de pluie est ainsi légèrement acide. Si montants élevés de azote et soufre les oxydes sont présents dans le ciel, ils trop se dissoudront dans les baisses de nuage et de pluie produisant plus sérieux pluies acides problèmes.

Liaison d'hydrogène dans l'eau

La molécule d'eau peut former un maximum de quatre obligations d'hydrogène parce qu'il peut accepter deux et donner deux hydrogens. D'autres molécules aiment fluorure d'hydrogène, ammoniaque, méthanol les obligations mais elles d'hydrogène de forme ne montrent pas le comportement anormal de thermo-dynamique, cinétique ou les propriétés structurales aiment ceux observés dans l'eau. La réponse à la différence apparente entre l'eau et d'autres liquides de liaison d'hydrogène se situe dans le fait qu'indépendamment de l'eau aucune des molécules de liaison d'hydrogène ne peut former quatre obligations d'hydrogène l'un ou l'autre dû à une incapacité de donneracceptez les hydrogens ou en raison de stérique effets en résidus encombrants. Dans des gens du pays de l'eau tétraédrique l'ordre dû aux quatre obligations d'hydrogène provoque une structure ouverte et un réseau à trois dimensions de liaison, ce qui existe contrairement aux structures étroitement emballées de simple liquides. Il y a une grande similitude entre l'eau et silice dans leur comportement anormal, quoiqu'on (l'eau) soit un liquide qui a un réseau de liaison d'hydrogène tandis que l'autre (silice) a un réseau covalent avec un point de fusion très élevé. Une raison pour laquelle l'eau est bien convenue, et choisi, par des vie-formes, est ce qu'il présente ses propriétés uniques au-dessus d'un régime de la température ce des costumes divers processus biologiques, inclure hydration.

On le croit que l'obligation d'hydrogène dans l'eau est en grande partie due aux forces électrostatiques et à une certaine quantité de covalence. La nature covalente partielle de l'obligation d'hydrogène a prévu près Linus Pauling en années 30 a lieu encore soit avéré clairement par des expériences et des calculs théoriques.

Propriétés de Quantum de l'eau moléculaire

Bien que la formule moléculaire de l'eau soit généralement considérée comme un résultat stable en thermodynamique moléculaire, travaux récents, commencé en 1995 [ 2 ] a montré cela à certaines balances, l'eau peut agir plus comme H3/2O que H2O au niveau subatomique de quantum. Ce résultat a pu avoir des ramifications significatives au niveau de, par exemple, obligation d'hydrogène dans biologique, produit chimique et physique systèmes. L'expérience montre cela quand neutrons et protons heurtez-vous avec de l'eau, ils dispersent d'une manière dont indique qu'ils seulement sont affectés par un rapport de 1.5:1 de hydrogène à l'oxygène respectivement. Cependant, le d'echelle de temps de cette réponse est seulement vu au niveau de attoseconds, et est ainsi seulement approprié dans fortement résolu cinétique et dynamique systèmes. Pour plus de références voyez [ 3 ] et [ 4 ].

Histoire

Dans 1742, Anders Celsius a défini la balance Celsius de la température avec point de congélation de l'eau à 100 degrés et point d'ébullition à pression atmosphérique standard à 0 degrés. La balance a été renversée dedans 1744.

La première décomposition de l'eau dans l'hydrogène et l'oxygène, par électrolyse, a été fait dedans 1800 par William Nicholson, un chimiste anglais.

Newton Lewis De Gilbert a isolé le premier échantillon de pur l'eau lourde en 1933.

Polywater était un hypothétique polymérisé formez de l'eau qui était le sujet de beaucoup de polémique scientifique pendant l'en retard les années 60. Le consensus est maintenant qu'il n'existe pas.

Nomenclature et humeur systématiques

Article principal : canular d'oxyde de dihydrogène

Chimistes référez-vous parfois en plaisantant à l'eau As oxyde de dihydrogène ou DHMO, un nom covalent systématique excessivement pédant de cette molécule, spécialement dedans parodies de la recherche chimique qui réclament ce "produit chimique mortel" à interdire. En 2004, la ville de Aliso Viejo, La Californie les tasses presque interdites de mousse après étude que DHMO a été employé dans leur production (voient [ 5 ]). En réalité, un nom systématique plus réaliste serait oxyde d'hydrogène, puisque les "Di -" et "mon -" des préfixes sont superflus. Sulfure d'hydrogène, H2S, pas désigné jamais sous le nom du "monosulfure de dihydrogène", et peroxyde d'hydrogène, H2O2, ne s'appelle jamais le "bioxyde de dihydrogène".

Certains trop zélés MSDSs pour la liste de l'eau ce qui suit : Attention : Cause de mai se noyant !

Le nom acide systématique de l'eau est acide hydroxic ou acide hydroxilic. De même, le nom systématique d'alcali de l'eau est hydroxyde d'hydrogène - les noms d'acide et d'alcali existent pour l'eau parce qu'il peut réagir tous les deux comme acide ou alcali, selon la force de l'acide ou de l'alcali il est mis à réagir avec (il est amphotère). Aucun de ces noms n'est appliqué largement en dehors de des emplacements de DHMO.

Voyez également

Liens externes

 

  > Français > en.wikipedia.org (Traduit par ordinateur dans le Français)