Cette section fournit quelques concepts de base - expliqués dans des termes très simples - afin de faciliter la compréhension de la chimie de l’eau. Elle est destinée à ceux et celles qui désirent mieux comprendre ce qu'il se produit au niveau moléculaire lorsque l'on parle d'ionisation de l'eau.
La structure des atomes et des molécules
Un atome est constitué de protons (charge positive), de neutrons (charge neutre) et d'électrons (charge négative). Les protons et les neutrons forment le noyau de l'atome. Les électrons, quant à eux, gravitent autour du noyau dans des orbites tridimensionnelles, aussi apelées couches électroniques.
Chacune de ces orbites a besoin d’un certain nombre d’électrons pour être stable. L'orbite la plus proche du noyau doit contenir 2 électrons pour être stable. La deuxième orbite doit contenir 8 électrons pour être stable. Chaque couche électronique ultérieure, pour les atomes contenant plus de 10 protons et électrons, exige également un nombre prédéfini d’électrons pour être stable. Or, mis à part les gaz inertes comme l’hélium, le néon et l’argon, la plupart des atomes ont besoin d'un ou plusieurs électrons additionnels dans leur couche électronique de valence pour être stables.
Afin d'atteindre un état de stabilité, les atomes forment des liaisons avec d’autres atomes en partageant leurs électrons de valence, soit électrons présents sur la couche électronique la plus éloignée du noyau. Ce partage s’accomplit grâce à des liaisons covalentes que l'on décrit ci-dessous.
Les liaisons covalentes d’une molécule d’eau
Une liaison covalente est une forme de liaison chimique entre deux atomes non-métalliques, tels que l’hydrogène et l’oxygène, qui se caractérise par le partage d’électrons entre deux ou plusieurs atomes. Pour être stables, les atomes partagent leurs électrons de valence avec d’autres atomes.
Une molécule d’eau est un exemple de molécule créée grâce à une liaison covalente. L’eau est composée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène, d’où le symbole chimique H2O.
Un atome d’hydrogène est composé d’un proton dans son noyau et d’un électron qui tourne autour du noyau dans une orbite tridimensionnelle. Un atome d’oxygène est composé de 8 protons et de 8 neutrons dans son noyau et de 8 électrons qui tournent autour du noyau dans deux orbites distinctes. L'orbite interne contient 2 électrons alors que l'orbite externe contient 6 électrons.
Cependant, les deux atomes d’hydrogène et l’atome d’oxygène ne sont pas stables lorsqu’ils sont seuls. Afin d’être stable, l’hydrogène doit contenir 2 électrons dans sa couche électronique et l’atome d’oxygène doit contenir 8 électrons dans sa couche électronique de valence. Pour arriver à cette stabilité, les atomes d’hydrogène et d’oxygène créent des liaisons covalentes l’un avec l’autre, tel qu’illustré ci-contre.
Visionnez cette animation vidéo qui explique les liaisons covalentes (en anglais)
La polarité des molécules d’eau
Dans une molécule d’eau, deux atomes d’hydrogène sont liés à un atome d’oxygène par liaison covalente. Mais étant donné que l’atome d’oxygène est plus gros que les atomes d’hydrogène, son attrait pour les électrons de l’hydrogène est d’autant plus grande donc les électrons sont attirés plus près dans l’orbite de l’atome d’oxygène, ce qui les éloigne de l'orbite des atomes d’hydrogène. Malgré le fait que la molécule d’eau est électroniquement stable, la plus grande masse nucléaire de l’oxygène tend à attirer vers lui tous les électrons dans la molécule incluant les électrons partagés avec l’hydrogène, donnant ainsi une légère charge électronégative à la portion de la molécule comportant l’oxygène.
Les atomes d’hydrogène prennent alors une légère charge électropositive car leurs électrons sont plus près du noyau de l'atome d’oxygène. Cela signifie que les molécules d’eau ont tendance à former de faibles liens avec d’autres molécules d’eau car la portion de la molécule comportant l’oxygène est négative et la portion de la molécule comportant l’hydrogène est positive.
Malgré le fait qu’un atome d’hydrogène forme une liaison covalente avec l’oxygène de sa propre molécule, il peut également former une liaison électronique faible avec un oxygène d’une autre molécule. De la même façon, la portion de la molécule comportant l’oxygène peut se fixer faiblement avec la portion hydrogène d’une autre molécule. Parce que les molécules d’eau possèdent cette polarité, l’eau est une entité chimique continue.
Ces liaisons faibles jouent un rôle crucial dans la stabilisation de plusieurs grosses molécules dans la matière organique. Parce que ces liaisons sont faibles, elles sont constamment brisées et reformées au cours de réactions physiologiques normales. Ce fractionnement et cet assemblage de telles liaisons faibles est le fondement même de la chimie de la vie.
L’eau, solvant universel
L’eau est un solvant universel grâce à la polarité marquée des molécules d’eau et à leurs tendances de former des liaisons hydrogène avec d’autres molécules. Afin d’illustrer la capacité de l’eau à dissocier d’autres substances, prenez l’exemple du sel dans un verre d'eau.
Le sel de table, aussi connu sous son nom chimique de chlorure de sodium [NaCl], est un exemple de composé ionique, ce qui signifie qu’un des atomes impliqué a volé un électron de valence d’un autre. Dans ce cas-ci, l’atome de chlore [Cl], a volé un électron à l’atome de sodium [Na], et, par conséquent, la création d’un ion électronégatif de chlore [Cl-] et d’un ion électropositif de sodium [Na+]. Les deux ions sont liés ensemble par l’attraction de charges opposées.
Visionner cette animation pour mieux comprendre les liaisons ioniques (en anglais)
Après avoir placé le sel dans l’eau, la liaison ionique entre les ions de sodium et de chlore est brisée en raison de la compétition des molécules d’eau qui sont plus nombreuses que les molécules de sel. Le pôle électronégatif de l’oxygène de la molécule d’eau est attiré par la charge positive des ions de sodium [Na+] et le pôle électropositif de l’hydrogène de la molécule d’eau est attiré par la charge négative des ions de chlore [Cl-].
Visionner cette animation vidéo de la dissolution du sel dans l’eau (en anglais)
Comme avec l’exemple du sel de table, l’eau a la capacité de dissoudre plusieurs substances non désirées qui se sont accumulées, au fil du temps, dans nos corps, tels que les déchets solides et les toxines et de les éliminer et de les évacuer par les voies naturelles de l’organisme tels que les poumons, l’intestin, les reins, le foie et la peau.
