Eau dans les réactions chimiques

Signification de l'eau dans les réactions chimiques

Dans les réactions chimiques, l'eau peut agir de plusieurs façons. L'eau peut notamment agir en tant que donneur ou accepteur de liaisons hydrogène, ainsi qu'en tant que donneur ou accepteur de protons (^H+), ce qui lui permet de faciliter les réactions de nombreuses façons.

Plus important encore, l'eau agit comme un solvant dans de nombreuses réactions chimiques. Dans de nombreux contextes chimiques, la réaction chimique n'a pas lieu sans eau. Ici, c'est l'eau qui permet à ces réactions de se dérouler.

Rôle de l'eau dans les réactions chimiques

Nous allons examiner ici comment l'eau est capable de faciliter plusieurs types de réactions chimiques.

Plus important encore, grâce à ses capacités de solvant, elle permet aux ions et aux composés de se déplacer librement, ce qui permet à de nombreuses réactions d'avoir lieu. Comme les ions ou les composés peuvent se déplacer librement à l'état dissous (comme dans l'eau), il est plus facile pour les réactions chimiques de se produire, ce qui démontre une fois de plus la capacité de l'eau à faciliter les réactions chimiques.

Mais qu'est-ce que l'eau ? Et comment peut-elle faciliter les réactions chimiques ?

Comment l'eau agit-elle dans un contexte chimique ?

Qu'est-ce que l'eau ? La formule chimique de l'eau pure est : _H2O. Cela signifie que c'est une molécule composée de deux atomes d'hydrogène, liés de façon covalente à un atome d'oxygène. Cela fonctionne dans le contexte de la liaison atomique car l'oxygène a besoin de deux électrons supplémentaires(l'état d'oxydation de l'oxygène est -2) qu'il obtient à partir de deux hydrogènes, où chacun partage son électron (l'état d'oxydation de l'hydrogène est +1).

La géométrie moléculaire courbée d'une molécule d'eau

En observant la géométrie moléc ulaire de l'eau, on constate qu'elle est coudée. Tu peux le voir sur le schéma ci-contre, mais pourquoi ?

En regardant de plus près l'atome central, dans ce cas l'oxygène, nous pouvons utiliser la théorie VSEPR pour déterminer la forme de la molécule. Comme l'oxygène possède quatre domaines électroniques (deux paires liées et deux paires solitaires), ils s'organisent selon une géométrie tétraédrique. Comme il n'y a que deux liaisons, seules celles-ci seront visibles et représentées.

C'est cette forme qui confère à l' eaula plupart de ses propriétés intéressantes.

Étant donné que l'eau est une molécule coudée et qu'il existe des différences d'électronégativité entre O et H, la molécule d'eau est en fait un dipôle.

Cela permet également à l'eau de former des liaisons hydrogène entre elles. Comme tu peux le voir sur le schéma, les molécules d'eau interagissent entre elles grâce à ces charges partielles, qui confèrent à l'eau toutes ses propriétés physiques et chimiques.

Diagramme montrant la forme moléculaire et l'angle d'une molécule d'eau avec les pôles partiels en A, et la liaison hydrogène de l'eau en B.

Mais pourquoi est-il important que l'eau soit un dipôle? Comme l'eau est un dipôle, c'est-à-dire une molécule polaire, elle peut permettre à de nombreuses réactions chimiques d'avoir lieu. Mais comment ?

Formule de l'eau dans les réactions chimiques

Ensuite, nous allons aborder la façon dont l'eau agit de trois manières différentes dans les réactions chimiques. Il s'agit notamment de dissoudre les composés ioniques, de former des liaisons hydrogène avec d'autres composés et d'agir également dans les réactions acide/base.

1. Dissolution des composés ioniques

Tout d'abord, l'eau est un excellent solvant car c'est une molécule qui possède un dipôle. Cela signifie que l'eau peut facilement dissoudre n'importe quel composé ionique, comme n'importe quel sel. Elle sépare la liaison ionique pour laisser deux ions - un positif et un négatif. Comme l'eau est un dipôle, elle peut protéger les ions de deux façons. Elle entoure le cation (l'ion positif) avec les atomes d'oxygène chargés négativement, et l'anion (l'ion chargé négativement) avec les hydrogènes. Cela permet une stabilité appropriée du composé ionique dans l'eau. Comme on le voit ci-dessous, c'est ce qui se produit.

Sel ionique_(s ) + \N( H_2O\N) => ^Cation+_(aq) + ^Anion-_(aq ) + \N(H_2O\N)

2. Liaison hydrogène avec les composés

L'eau étant une molécule polaire, elle est également capable de dissoudre n'importe quelle substance polaire. Comme dans l'exemple précédent des composés ioniques, les molécules d'eau s'arrangent de manière à protéger les parties spécifiques d'une molécule polaire. Cela peut ne pas entraîner la rupture des liaisons comme dans l'exemple des sels ioniques, mais plutôt s'appuyer à la fois sur ses propriétés polaires et sur ses propriétés de liaison hydrogène.

L'eau peut interagir avec des substances capables de former des liaisons hydrogène pour les dissoudre, ce qui les rend plus mobiles dans l'eau et permet aux réactions d'avoir lieu. Elle peut agir à la fois comme accepteur et donneur de liaisons hydrogène. Ici, le composé en question restera le même et sera inchangé, mais sa dissolution fournira de plus grands moyens pour que les réactions chimiques aient lieu.

Composé_(solide) + \(H_2O\) => Composé_(dissous) + \( H_2O\)

3. Rôle de donneur/accepteur de protons

La dernière propriété clé de l'eau est sa capacité à être un donneur ou un accepteur de protons. Cela repose sur la capacité intrinsèque de l'eau à ajouter ou à séparer un hydrogène d'elle-même. Les réactions suivantes illustrent cette capacité :

$$ H_2O\rightarrow H^+ + OH^- $$

$$ H_2O + H^+ \rightarrow H_3O^+ $$

Lorsque cela se produit, il se forme soit un ion hydroxyde (^OH-), soit un ion hydronium (^H3O+). L'ion hydrogène positif (^H+) est appelé proton, car il s'agit simplement d'un atome avec un proton, sans neutrons ni électrons.

Grâce à cette propriété de l'eau, de nombreuses réactions peuvent avoir lieu. Les plus importantes sont les réactions acido-basiques, mais elles ne se limitent pas à cela. Cette propriété de l'eau est également utilisée dans de nombreuses réactions de synthèse organique et même dans la catalyse de certaines réactions.

Exemples d'eau dans les réactions chimiques

Tout d'abord, la réaction la plus élémentaire pourrait être considérée comme la dissolution de sels solides dans l'eau. Voici l'exemple de la dissolution du sel de table commun (NaCl), qui crée des ions aqueux.

$$ NaCl_{(s)} + H_2O \rightarrow Na^+_{(aq)} + H_2O $$

De la même manière, l'eau peut également être utilisée pour dissoudre d'autres molécules liées par covalence, généralement plus grosses que les sels. Dans ce cas, le composé ne se sépare pas dans l'eau, mais il est tout de même dissous. Le glucose en est un exemple. Ce sucre formera des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau et pourra être dissous par l'eau environnante. Note que dans l'exemple ci-dessous, la composition du composé (le glucose dans cet exemple) ne change pas de la forme solide à la forme aqueuse.

$$ C_6H_{12}O_{6(S)}+H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_{6(aq)}+H_2O $$

Une autre réaction courante dans laquelle l'eau est impliquée est celle des réactions médiées par les acides et les bases. Comme nous l'avons vu précédemment, la capacité de l'eau à se diviser et à créer des ions hydroxyde ou hydronium est la réaction qui peut être utilisée par les réactions acides ou basiques. Tu trouveras ci-dessous un exemple de la façon dont l'acide chlorhydrique est capable de former un acide fort dans l'eau :

$$ HCl_{(aq)}+H_2O\rightarrow H_3O^++Cl^- $$

Réaction chimique du chlore dans l'eau

Que se passe-t-il lorsque l'on ajoute du chlore à l'eau ? Si tu effectues un simple test de tournesol, tu remarqueras que le pH diminue. Jette un coup d'œil à l'équation ci-dessous qui justifie ce comportement.

$$ Cl_2+H_2O\rightarrow HOCl+HCl $$

Cette réaction est parfois appelée hydrolyse. Ses produits sont le HCl, qui est un acide fort, d'où la diminution du pH lors de l'ajout de chlore. Un autre produit est l'oxygène gazeux, donc si tu réalises cette expérience, tu remarqueras la formation de bulles de ce gaz.