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Bases chimiques

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Eau - glace et liquide

L'eau est un lien spécial à bien des égards. Dans un certain nombre de propriétés, l'eau se distingue non seulement des composés d'hydrogène analogues (hydrures non métalliques), mais aussi de la plupart des autres liquides.

Crème glacée

La molécule d'eau est fixée spatialement dans la glace et forme le plus grand nombre possible de quatre liaisons hydrogène (photo de droite), créant un réseau cristallin régulier. À pression normale, la glace est dans une modification hexagonale stable, avec les atomes O coordonnés presque tétraédriquement par quatre autres voisins via des liaisons hydrogène. D'autres modifications telles que la cubique sont également connues.

Eau liquide

A la transition entre la glace et l'eau liquide, jusqu'à 15 % des liaisons hydrogène se rompent, selon la température. Un réseau fluctuant émerge d'un cristal solide, dans lequel chaque molécule d'eau n'est plus entourée d'exactement quatre, mais de quatre molécules d'eau ou moins.

Ce réseau n'est pas uniformément structuré, il contient des anneaux de tailles différentes - des amas - constitués de molécules reliées par des ponts hydrogène. A température ambiante, l'énergie cinétique du mouvement moléculaire est du même ordre de grandeur que l'énergie de liaison des liaisons hydrogène. Par conséquent, le mouvement des molécules d'eau individuelles en quelques nanosecondes entraîne une rupture et une réorganisation constantes du système de clusters.

Le pic de formation des amas est de +4°C. Les amas de trois à huit chaînons se produisent principalement à température ambiante. Des amas plus grands sont également discutés, par exemple des réseaux icosaédriques constitués de 280 molécules ou des amas d'eau de type glace et clathrate de 12 à 26 molécules. Plus la température est élevée, plus le mouvement moléculaire est important, de sorte qu'à des températures plus élevées, des amas plus petits se forment. Mais l'existence de petits amas a également été décrite en phase gazeuse. Seules les molécules d'eau isolées se produisent uniquement à des températures supérieures à 1000 ° C.

Exemples d'amas de 5 ou 280 molécules d'eau. Tous les clusters de 3 à 21 molécules et même les plus grands ont été calculés théoriquement. En raison de la fluctuation rapide des liaisons hydrogène, aucune molécule d'agrégat n'a encore été isolée. Les structures d'amas ont été calculées de manière quantique à partir de données spectroscopiques.

Modèles d'eau
A partir de calculs de mécanique quantique et des résultats d'investigations utilisant les rayons X, la diffraction des neutrons, l'IR et la spectroscopie Raman, deux modèles d'eau ont été calculés et publiés dans la littérature :
  1. Le modèle de mélange : L'eau est considérée comme un réseau de ponts hydrogène intacts et brisés.
  2. Le modèle du continuum : l'eau existe sous la forme d'un réseau entièrement lié, certaines liaisons hydrogène s'écartant de différentes manières de leur forme optimale.


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