les trois états

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La structure de l’eau dépend de son état physique.

L’état gazeux (vapeur) correspond exactement à la formule H2O et en particulier au modèle angulaire (figure 1).

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Figure 1 & Figure 2. Structure de l’eau à l’état vapeur & Structure tétraédrique de l'eau à l'état solide ou liquide

Mais les états condensés (eau et glace) sont plus compliqués, et c’est cette complication qui explique leurs propriétés atypiques (voir propriétés physiques).

À l’état solide (glace), l’arrangement élémentaire consiste en une molécule d’eau centrale et quatre péri­phériques, l’ensemble affectant la forme d’un tétraèdre (figure 2). Cette structure est due à l’association des molécules sous l’influence des liaisons intermoléculaires dites liaisons hydrogène : chaque atome d’hydro­gène d’une molécule d’eau est attiré par l’atome d’oxygène (de polarité opposée) de la molécule voisine. Suivant le type de glace, les tétraèdres élémentaires s’organisent en diverses structures cristallines, la plus commune étant la forme hexagonale (glace I). Cette symétrie se retrouve dans les cristaux de neige sous forme d’une grande variété d’étoiles hexagonales (photo 2).

L’étude des variations cristallographiques, grâce au spectre Raman en particulier, permet de comprendre le passage à l’état liquide à partir de la constitution caverneuse de la glace : à mesure que la température augmente, les « creux » se remplissent progressivement de molécules d’eau interstitielles, jusqu’à effondre­ment complet de la structure cristalline après fusion ; dans l’eau liquide, le modèle structural de base tétraé­drique est encore analogue à celui de la glace ; mais les petits agrégats de molécules liées sont mélangés avec des molécules libres, qui les remplacent progressivement au fur et à mesure que la température croît, jusqu’au point d’ébullition où toutes les molécules d’eau deviennent libres en phase vapeur comme évoqué plus haut.

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Photo 2. Glace (exemple)