Pourquoi l'eau est-elle une molécule polaire?

L'eau est une molécule polaire et agit également comme un solvant polaire. Lorsqu'une espèce chimique est dite "polaire", cela signifie que les charges électriques positives et négatives sont inégalement réparties. La charge positive provient du noyau atomique, tandis que les électrons fournissent la charge négative. C'est le mouvement des électrons qui détermine la polarité. Voici comment cela fonctionne pour l'eau.

Polarité d'une molécule d'eau

Eau (H₂O) est polaire en raison de la forme courbée de la molécule. La forme signifie la majeure partie de la charge négative de l'oxygène du côté de la molécule et la charge positive des atomes d'hydrogène se trouve de l'autre côté de la molécule. Ceci est un exemple de liaison chimique covalente polaire. Lorsque des solutés sont ajoutés à l'eau, ils peuvent être affectés par la répartition des charges.

La raison pour laquelle la forme de la molécule n'est pas linéaire et non polaire (par exemple, comme le CO₂) est dû à la différence d'électronégativité entre l'hydrogène et l'oxygène. La valeur d'électronégativité de l'hydrogène est de 2,1, tandis que l'électronégativité de l'oxygène est de 3,5. Plus la différence entre les valeurs d'électronégativité est petite, plus les atomes sont susceptibles de former une liaison covalente. Une grande différence entre les valeurs d'électronégativité est observée avec les liaisons ioniques. L'hydrogène et l'oxygène agissent tous deux comme des non-métaux dans des conditions ordinaires, mais l'oxygène est un peu plus électronégatif que l'hydrogène, donc les deux atomes forment une liaison chimique covalente, mais c'est polaire.

L'atome d'oxygène hautement électronégatif attire des électrons ou une charge négative, ce qui rend la région autour de l'oxygène plus négative que les zones autour des deux atomes d'hydrogène. Les parties électriquement positives de la molécule (les atomes d'hydrogène) sont fléchies loin des deux orbitales remplies de l'oxygène. Fondamentalement, les deux atomes d'hydrogène sont attirés du même côté de l'atome d'oxygène, mais ils sont aussi éloignés l'un de l'autre qu'ils peuvent l'être car les atomes d'hydrogène portent tous deux une charge positive. La conformation courbée est un équilibre entre attraction et répulsion.

N'oubliez pas que même si la liaison covalente entre chaque hydrogène et oxygène dans l'eau est polaire, une molécule d'eau est globalement une molécule électriquement neutre. Chaque molécule d'eau possède 10 protons et 10 électrons, pour une charge nette de 0.

Pourquoi l'eau est un solvant polaire

La forme de chaque molécule d'eau influence la façon dont elle interagit avec d'autres molécules d'eau et avec d'autres substances. L'eau agit comme un solvant polaire car elle peut être attirée par la charge électrique positive ou négative d'un soluté. La légère charge négative près de l'atome d'oxygène attire les atomes d'hydrogène à proximité de l'eau ou des régions chargées positives d'autres molécules. Le côté hydrogène légèrement positif de chaque molécule d'eau attire d'autres atomes d'oxygène et des régions chargées négativement d'autres molécules. La liaison hydrogène entre l'hydrogène d'une molécule d'eau et l'oxygène d'une autre maintient l'eau ensemble et lui donne des propriétés intéressantes, mais les liaisons hydrogène ne sont pas aussi fortes que les liaisons covalentes. Alors que les molécules d'eau sont attirées les unes par les autres via une liaison hydrogène, environ 20% d'entre elles sont libres à tout moment d'interagir avec d'autres espèces chimiques. Cette interaction est appelée hydratation ou dissolution.