le cycle de l'eau - La molécule H2O en profondeur

La molécule est le plus petit fragment "possible" d'un corps donné. Elle conserve donc toutes les propriétés physiques et chimiques de celui-ci. Ainsi, en ce qui concerne l'eau, atteint-on par divisions successives ce "grain" ultime : la molécule d'eau.
Celle-ci a une dimension de l'ordre de 0,0000000001 mètre, soit 0,00000001 cm.
La molécule n'est pas une boule. Sa forme ressemble à une tête de Mickey.
Les deux petites "boules" sont des atomes d'hydrogène, la plus grosse est un atome d'oxygène. Ces atomes sont liés entre eux par des forces électrostatiques importantes.

Chaque goutte d'eau contient plusieurs milliards de molécules d'eau, reliées les unes aux autres par leurs pôles, chargés électriquement : un pôle chargé négativement (les atomes d'hydrogène) et un pôle chargé positivement (l'atome d'oxygène).
En présence les unes des autres, les molécules vont se comporter comme de petits aimants, les pôles positifs et négatifs s'attirent réciproquement : chaque atome d'oxygène va chercher à se rapprocher d'un atome d'hydrogène et vice-versa.
Les molécules d'eau sont donc liées par ce que l'on appelle une liaison hydrogène, cette liaison étant assurée par les atomes d'hydrogène. Cette liaison entre chaque molécule d'eau forme une sorte de réseau sans cesse changeant et modulable. En effet, si l'union à l'intérieur même d'une molécule, est très stable, il n'en est pas de même en ce qui concerne les liens entre les molécules. Ces dernières sont à la fois très proches et très libres, elles se lient entre elles et se défond toute aussi rapidement, elles "roulent" les unes sur les autres, changeant sans cesse leur ordonnancement. Cette liaison hydrogène est donc plus faible que celle qui soude entre eux les trois atomes de la molécule, mais cependant suffisamment forte pour expliquer les propriétés exceptionnelles de l'eau. L'attirance électrique entre atomes, même au sein de deux molécules distinctes, est forte. Un atome d'hydrogène d'une molécule peut ainsi être capté par l'atome oxygène d'une autre molécule. On n'a alors plus deux molécules H2O mais d'un côté un ion HO- et de l'autre côté un ion H3O+.
Ce ne sont plus, en effet, des molécules mais des ions dont les charges s'annulent : l'eau est électriquement neutre.

L'eau est un corps dont l'unité de base est une molécule : la molécule d'eau. Celle-ci est formée d'un atome d'oxygène relié à deux atomes d'hydrogène. On la note H2O, le H symbolisant les atomes d'hydrogène et le O l'atome d'oxygène.

Ci contre les représentations spatiale de la molécule d'eau Ci-contre les représentations spatiale de la molécule d'eau

En rouge la molécule d'oxygène et en gris les molécules d'hydrogène

En première analyse, tous les atomes sont formés d'un noyau dense, porteur d'une charge électrique positive autour de laquelle gravitent des électrons, particules élémentaires, porteuses d'une charge électrique négative.
L'atome d'hydrogène est le plus petit de tous. Il ne possède qu'un seul électron.
La présence des électron est primordiale car ce sont eux qui permettent de fixer les atomes entre eux. La liaison chimique ( symbolisée par une barre reliant les deux atomes ) est assurée par la mise en commun d'un ou plusieurs atomes.
Ce partage entre atomes n'est pas toujours équitables et il arrive que certain atomes soit plus avides d'électron que d'autres.
C'est ce qui se passe dans la molécule d'eau : en effet l'atome d'oxygène capte plus d'électrons que l'atome d'hydrogène. Ainsi, l'atome d'oxygène est chargé négativement et l'atome d'hydrogène est chargé positivement. La molécule d'eau s'en retrouve polarisée ; on dit d'elle qu'elle est polaire.

Deux représentations de la molécule d'eau.(lll. R. Bichac)

Ces deux représentations sont très schématiques et ne permettent pas d'appréhender la manière dont les atomes sont répartis au sein de la molécule.
En revanche, la représentation suivante est le résultat d'un calcul rigoureux effectué par des scientifiques, montre les régions au sein desquelles la probabilité de trouver une seule paire d'électron est la plus grande. Car il faut savoir que la molécule d'eau possède au total dix électrons dont huit proviennent de l'atome d'oxygène, les deux autres provenant des deux atomes d'hydrogène.
Les lobes bleus figurent les domaines où se situent préférentiellement les paires d'électrons qui assurent les liaisons oxygène-hydrogène au sein de la molécule (une paire pour chaque liaison).
La sphère rose matérialise le domaine des deux électrons ''de cœur''.
Enfin, le domaine orangé correspond aux quatre derniers de l'atome d'oxygène groupés par paire. Ces électrons, dits ''libres'', sont très importants car ils permettent la formation des fameuses liaisons hydrogène.