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L’eau: solvant de la vie

L'eau : essen*elle aux organismes vivants -‐65% de la masse corporelle chez l'adulte (80% chez le nouveau-‐né) -‐Milieu liquide nécessaire aux réacCons chimiques du métabolisme -‐Substance de base des sécréCons et excréCons -‐Substance de base pour le mainCen thermique de l'organisme -‐Moyen de transport efficace des nutriments et des cellules -‐Écosystème naturel de plusieurs organismes vivants

PLAN 1)  Généralités/ Propriétés

physiques 2)  Structure

-‐ Liaison de covalence -‐ Polarité -‐ Liaison hydrogène

3) Propriétés

-‐ Solvata*on -‐ Ionisa*on *Acide-‐Base *pH *Tampon

1-‐ Le pouvoir de cohésion et d’adhésion -‐Tension de surface élevée -‐Capillarité (ex: ce principe est mis à profit par les végétaux pour permePre le déplacement de l'eau des racines jusqu'aux feuilles)

2-‐ Grande iner*e thermique -‐ Il faut beaucoup de chaleur pour élever la température de l'eau et beaucoup de chaleur doit être libérée pour abaisser sa température. Ce sont les ponts hydrogène qui absorbent la chaleur lorsqu'ils se brisent et qui en relâche pour se former. L’éliminaCon d’une faible quanCté d ’eau, par transpiraCon permet d’évacuer une grande quanCté de chaleur: propriété essenCelle pour les êtres vivants homéothermes. -‐Dans le même ordre d'idée, l'eau a une chaleur de vaporisaCon élevée, un gramme d'eau doit absorber 2,26kJ (540 cal) pour passer de l'état liquide à l'état gazeux (à la pression atmosphérique).

*1 Calorie = quanCté de chaleur nécessaire pour augmenter de 1°C un gramme d'eau *1 Calorie = 4,184 joules (J) Chaleur spécifique de l'eau = 4,184 J/g/°C

Propriétés Physiques

Principales propriétés de l’eau

Capillarité : la hauteur atteinte par le liquide est inversement proportionnelle au rayon du tube

Cohésion et tension superficielle

=> Glace Gèle = 0°C La masse volumique (densité) 0°C = 0,917 g/ml 4°C = 1,000 g/ml

d= m/V (masse (g), volume (ml))

3-‐ L’eau dans tous ses états =>Vapeur Température d’ébulli*on élevée A la pression atmosphérique, ébulliCon: 100 °C (65°C pour le méthanol) => Liquide



Propriétés Structurales

1-‐ liaison de covalence entre l’atome d’hydrogène et d’oxygène



2-‐ Polarité Arrangement non linéaire: courbure de la structure =>Conséquences sur les propriétés de l’eau:

DistribuCon asymétrique des charges FormaCon d’un dipôle électrique=> molécule d’H2O polarisée (caractère polaire)

Forma*on de liaison hydrogène (H)



H2O: Donneur de 2 liaisons H (atome d’hydrogène) Accepteur de 2 liaisons H (atome d’oxygène) => possibilité de former 4 liaisons H par molécule d’eau

Energie de la liaison hydrogène: 23 kJ/mol <<< liaison de covalence: 420 kJ/mol Energie maximale quand les 3 atomes sont alignés: forte a(rac*on intermoléculaire Propriétés physiques liées à sa structure en réseau de liaisons H

3-‐ Liaison hydrogène (H)

Liaison Hydrogène



Réseau 3D qui remplit l’espace (densité faible/ état liquide) Les liaisons H sont direc*onnelles et rec*lignes (4 liaisons H /H2O)

=> coopéraDvité

Glace

Structure tétraédrique locale

4-‐ L’eau dans tous ses états



La durée moyenne d ’une liaison H entre 2 molécules d ’eau est de 9.5 ps (10-12s)

la fluidité de l ’eau

Interprétation moderne de la structure de l’eau

Fluidité de l’eau La durée moyenne d’une liaison H entre 2 molécules d’eau est de 9,5 ps (10-‐12s) OrientaCon non recCligne

A 10°C, il reste 2,3 liaisons H / H2O

Liquide



Vapeur


Nature polaire de l’eau: excellent solvant pour -‐substances ionisables (sels, NaCl,…) -‐substances non ionisables mais polaires (composés hydrophiles/polaires)

(oses, alcools, amines, carbonyles, aldéhydes, cétone…)

Propriétés de Solvata*on


Composés hydrophobes et eau: molécules apolaires -‐les molécules dépourvues de groupes chargés ou d’atomes capables de

former des liaisons hydrogènes (chaines aliphaCques, cycles carbonés…)

-‐Solubles dans des solvants apolaires (toluène, benzène, acétone…)



Composés amphiphiles -‐groupements polaires et hydrophobes (acides gras)


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