question de cours

Intro

I- Structure et propriétés
                1/ Description de Lewis
                2/ Propriétés physiques

II-L'eau en chimie minérale
                1/ Solvant
                2/ Propriétés A/B
                3/ Ligand
                4/ Propriétés redox

III- L'eau en chimie organique
                1/ H2O acide
                2/ H2O nucléophile

Conclusion

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Intro :

L'eau a des propriétés chimiques si particulières qu'elle est intimement liée à l'origine de la vie sur terre

I- Structure et propriétés
 
               1/ Description de Lewis
                                      _
Modèle de Lewis : H--O--H
Structure coudée de la molécule , direction tétraédrique des 4 doublets ( 2 libres et 2 de liaison ) , angle de 105° environ pour HOH .
Liaisons O--H polarisées => moment dipolaire de la molécule

                2/ Propriétés physiques

Tfus = 0°C     Teb = 100°C
Structure à l'état solide : cristal moléculaire ( CFC des O + 1 site tétraédrique /2 occupé par des O , les H entre les O coordinés ) , cohésion par liaisons H
Liaisons H à l'état liquide  H--O.....H--O--H   => Teb beaucoup plus élevée que  CH3OCH3 par exemple , pourtant plus lourd

Constante diélectrique relativement élevée ( 89 ) , moment dipolaire élevé

II- L'eau en chimie minérale

                1/ Solvant

Ont un rôle en solvatation :

•  les doublets libres : liaisons de coordination (solvatation de Na⁺)   et liaisons H   ( solvatation  des alcools )
• le moment dipolaire : intéraction dipôle / dipôle ou dipôle charge ( solvatation  des cations ou de molécules polaires )
• l'H acide : liaisons H avec doublets libres : ( solvatation des anions ) 
• la constante diélectrique : bonne séparation des charges ( dissolution des sels )
• Mauvais solvant des molécules Apolaires : exemple de I2
  

                2/ Propriétés A/B

Autoprotolyse : la donner , => H⁺ et OH^- acide et base les plus forts dans l'eau : nivellement de tous les acides forts et des bases fortes , définition des acides ou bases faibles :  0<pKa<14

                3/ Ligand

Déjà évoqué en solvatation . Exemple  de Cu2+ incolore si anhydre , mais bleu turquoise en solution aqueuse , bleu céleste complexé par NH3 . Ligand au même titre que NH3 : don de doublet

Effet sur les cations très chargés : cations acides   Al(H2O)6³⁺  =  Al(H2O)5(OH)²⁺  +    H⁺      

Tous les cations metalliques donnent ces complexes avec l'eau => solvatation et solubilité...

               4/ Propriétés redox

Les couples de l'eau O2 / H2O    et     H2O / H2    : donner le diagramme E/pH avec les valeurs numériques des équations des droites correspondantes : 1,23 - 0,06 pH       et     -0,06 pH

Définition du domaine de stabilité thermodynamique et cinétique de l'eau . placer un métal très réducteur, ( Na ) et un oxydant MnO4-   :

• L'un réagit très violemment  : Na + H2O = Na⁺  + 1/2 H2   + OH^-  
• L'autre réagit très lentement  --> MnO2 solide qui bloque les buretttes avec le temps
• Cu est dans le domaine de stabilité : métal stable dans l'eau

Electrolyse de l'eau : problèmes de surtensions => ddp > 1,23 , mais ces surtensions sont utiles en hydrométallurgie car on peut éviter assez facilement des réactions parasites de l'eau grâce à ces surtensions

Phénomènes de corrosion mettant en jeu les couples de l'eau : exemple de l'aération différentielle : décrire du point de vue du rôle de l'eau .

III- L'eau en chimie organique

                1/ H2O acide

Destruction des RMgX, de LiAlH4 , exemples d'hydrolyse ( ozonolyse , après une addition de RMgX )

                2/ H2O nucléophile

Les additions

• addition électrophile de l'eau sur un alcène (mécanisme en catalyse H+ ) ,
• ouverture d'un époxyde

Les additions / élimination

• Cétal + H2O  =   cétone  + HO (CH2)2 OH
• hydrolyse d'un chlorure d'acyle : mécanisme mettant en relief l'action nucléophile de l'eau , (par extension de tout dérivé d'acide )

On remarque toutefois la catalyse acide souvent nécessaire...

Les substitutions

• Solvolyse d'un dérivé halogéné : SN1 ou 2

Conclusion

L'eau est si compatible...facilement polluable : l'élimination de toutes les espèces solvatées dans l'eau est une science à part entière , les industries doivent veiller à leurs rejets car tout finit toujours dans les nappes phréatiques...c'est le phénomène de solvatation qui est alors prépondérant.