Propriétés
Sur Terre dans ses trois états


Sans nous en rendre compte, nous réalisons chaque jour des changements d'état de l'eau, par exemple en faisant bouillir de l'eau dans une casserole.
© D. Armand


 

 

 

 

 

 

 

Sans y prêter attention, nous côtoyons quotidiennement chacun des trois états de l’eau et opérons même souvent des changements d’état en fabriquant des glaçons, en faisant bouillir de l’eau, ou encore en faisant se condenser la vapeur d’eau sur un couvercle au-dessus d’une casserole d’eau bouillante.
Pourtant, si l’eau se comportait "normalement ", les scientifiques ont calculé que dans les conditions de pression atmosphérique normale, elle devrait bouillir à –80°Celsius ! Il ne devrait y avoir ni eau liquide, ni glace sur Terre. Comme pour tous les composés de structure semblable, toute l’eau de notre planète devrait être sous forme… gazeuse. Mais si tel avait été le cas, il n’aurait pu y avoir de vie sur Terre… du moins telle que nous la connaissons !


Quel est ce mystère ?
Cela est dû à la présence de ces fameuses liaisons hydrogène.


En effet, en règle générale, la surface d’un liquide n’est guère tranquille : elle est le siège d’un échange réduit mais constant de molécules qui quittent le liquide pour passer dans l’atmosphère gazeuse environnante pendant que d’autres y reviennent. Mais que l’on chauffe ce liquide et l’agitation thermique des molécules augmentera, favorisant leur expulsion du liquide. À une certaine température, dite température d’ébullition, le liquide se mettra à bouillir, laissant s’échapper quantité de molécules dans l’atmosphère.
Mais dans l’eau, ne l’oublions pas, les molécules sont liées les unes aux autres par des liaisons hydrogène. Elles ont donc plus de difficulté à passer dans la phase gazeuse car il faut auparavant qu’elles aient acquis suffisamment d’énergie pour rompre ces liaisons. Pour fondre la glace, il en est de même : il faut d’abord que l’énergie d’agitation des molécules soit suffisante pour qu’un grand nombre de liaisons hydrogène puissent être tordues.
Aussi sur Terre, à la pression atmosphérique normale, la glace fond-elle à 0°Celsius et l’eau bout-elle à 100°Celsius pour le plus grand bonheur de l’humanité !

Si les liaisons hydrogène peuvent être tordues et même brisées, c’est qu’elles sont dix fois plus faibles qu’une liaison chimique ordinaire. Mais il aurait suffi qu’elles soient légèrement plus fortes et ne puissent donc se tordre aussi aisément, pour que l’eau soit encore solide à 100°Celsius !

Comme pour tous les autres corps, les températures de changement d’état de l’eau changent avec la pression.
La température d’ébullition de l’eau par exemple diminue quand la pression diminue : en montagne, où la pression atmosphérique est plus faible qu’en bord de mer, l’eau bout donc à une température plus basse et c’est la raison pour laquelle les aliments y sont plus longs à cuire. Essayez de cuire un œuf dur dans un refuge de haute montagne, vous n’y arriverez pas !

En revanche, contrairement à tous les autres corps, la température de fusion de la glace diminue quand la pression augmente : un autre comportement tout à fait étonnant. Autrement dit, essayez de la comprimer : elle fond ! pour la plus grande joie des patineurs, d’ailleurs. Grâce au film de molécules d’eau organisées presque comme dans l’eau liquide qui se forme instantanément sous leurs patins à la surface de la glace, ceux-ci peuvent en effet glisser librement sur cette surface. Ce sont encore les liaisons hydrogène qui sont à l’origine de ce phénomène : sous l’effet d’une compression, celles-ci, en effet, s'affaiblissent et se tordent…




 

   
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