La formule chimique de l’eau est H2O. Chaque molécule est composée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène par des liaisons covalentes. La molécule adopte une forme coudée, avec un angle de 104,5° entre les deux liaisons O-H. Cette structure asymétrique confère à l’eau ses propriétés chimiques exceptionnelles.
Astuce de mémorisation
Imagine deux cow-boys (H, H) qui escortent un shérif (O) au milieu. Les cow-boys s’appellent tous les deux Henri, le shérif s’appelle Oscar. Henri-Henri-Oscar : H2O. Une fois l’image posée, impossible de l’oublier.
Ce fait et des centaines d’autres à retenir durablement sur l’app Kultra.
L’essentiel à savoir
L’eau est la seule substance naturelle présente simultanément sous trois états à la surface de la Terre : solide (glace), liquide (eau courante) et gazeux (vapeur). Cette coexistence est rendue possible par des conditions de température et de pression très spécifiques, qui définissent le « point triple » de l’eau : 0,01 °C et 6,15 hectopascals.
Une molécule polaire aux propriétés uniques
La forme coudée de H2O n’est pas un détail anodin. L’atome d’oxygène, plus électronégatif, attire les électrons vers lui, créant un pôle négatif d’un côté et un pôle positif du côté des deux hydrogènes. Cette polarité fait de l’eau un solvant exceptionnel, capable de dissoudre les solides à liaisons ioniques comme le sel de table.
Cette même polarité génère des liaisons hydrogène entre les molécules d’eau entre elles. Ces liaisons expliquent pourquoi l’eau a une capacité thermique très élevée (4 186 J/kg/K), pourquoi elle bout à 100 °C alors que des molécules voisines comme le sulfure d’hydrogène sont gazeuses à température ambiante, et pourquoi la glace est moins dense que l’eau liquide, ce qui lui permet de flotter.
La découverte de la composition de l’eau
Pendant deux mille ans, Aristote et ses successeurs ont considéré l’eau comme un élément fondamental de la réalité, au même titre que le feu, la terre et l’air. C’est Lavoisier qui a fait voler cette certitude en éclats en 1783 : en réalisant la synthèse de l’eau à partir de dihydrogène et de dioxygène, il démontre que l’eau est un corps composé, pas un élément. Ce travail ouvre la voie à la chimie moderne.
En 1800, Carlisle et Nicholson confirment cette composition par électrolyse, en décomposant l’eau en deux volumes de dihydrogène pour un volume de dioxygène, résultat directement cohérent avec la formule H2O.
L’eau sur Terre et dans l’univers
L’eau recouvre 71 % de la surface terrestre, dont 97 % sous forme d’eau salée et 3 % sous forme d’eau douce. Dans l’univers, la formation de la molécule H2O est favorisée par la réaction exothermique entre l’hydrogène et l’oxygène, même à très basse température, ce qui explique la présence d’eau dans le milieu interstellaire, sur des comètes et sur d’autres corps célestes. La Terre reste, à ce jour, la seule planète du système solaire où l’eau liquide existe en surface de façon stable.
La formule chimique de l’eau est H2O
2 hydrogènes, 1 oxygène, une forme coudée qui change tout.
Angle de la molécule
104,5°
Entre les deux liaisons O-H
Masse molaire
18,02 g/mol
2H (1,008) + O (15,999)
États sur Terre
3 simultanés
Solide, liquide, gazeux
Découverte de la formule
1783
Lavoisier et Laplace, Paris
Pourquoi la forme coudée ?
L’oxygène possède deux doublets d’électrons non liants qui repoussent les atomes d’hydrogène. Résultat : la molécule n’est pas droite mais coudée. C’est cette géométrie qui rend l’eau polaire, et donc solvant universel.
Et l’eau lourde ?
Il existe des variantes de H2O selon les isotopes utilisés. L’eau lourde (D2O) remplace les deux hydrogènes par du deutérium. Utilisée comme modérateur dans certains réacteurs nucléaires, elle est naturellement présente à l’état de traces dans l’eau ordinaire.
Le savais-tu ?
La glace flotte sur l’eau liquide parce que la molécule H2O est moins dense à l’état solide qu’à l’état liquide, une anomalie rarissime dans le monde des corps chimiques. Sans cette propriété contre-intuitive, les lacs et les océans gèleraient de bas en haut en hiver, rendant la survie des espèces aquatiques impossible. La vie sur Terre dépend littéralement d’une bizarrerie géométrique de la molécule d’eau.
Questions fréquentes
Que signifie exactement H2O ?
H désigne l’hydrogène, le chiffre 2 indique qu’il y en a deux atomes, et O désigne l’oxygène, présent en un seul exemplaire. Cette notation suit les conventions de la chimie moléculaire : chaque lettre correspond au symbole d’un élément du tableau périodique, et le chiffre qui suit indique le nombre d’atomes de cet élément dans la molécule.
L’eau est-elle vraiment un solvant universel ?
L’expression est une simplification. L’eau dissout efficacement les substances polaires et ioniques, comme le sel ou le sucre. En revanche, elle ne dissout pas les substances non polaires comme les huiles ou les graisses. Le terme « universel » désigne son exceptionnelle capacité par rapport aux autres solvants courants, pas une aptitude absolue.
Peut-on décomposer l’eau en ses éléments ?
Oui, par électrolyse : en faisant passer un courant électrique dans de l’eau additionnée d’un électrolyte, on obtient du dihydrogène à la cathode et du dioxygène à l’anode, dans un rapport volumique de 2 pour 1, cohérent avec la formule H2O. Cette technique est à la base de la production d’hydrogène dit « vert » par électrolyse de l’eau.
Pourquoi l’eau bout-elle à 100 °C et pas avant ?
Les molécules H2O forment entre elles des liaisons hydrogène, des attractions électrostatiques dues à la polarité de la molécule. Ces liaisons sont plus solides que celles de la plupart des molécules de taille comparable. Il faut donc plus d’énergie pour les rompre et passer à l’état gazeux, ce qui explique un point d’ébullition anormalement élevé pour une molécule de si petite taille.
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Découvrir KultraSources
- Centre d’information sur l’eau – Synthèse de l’eau par Lavoisier (1783) et électrolyse (1800)
- Wikipédia – Molécule d’eau – angle de 104,5°, masse molaire, propriétés physiques
- ENS Lyon – Propriétés physico-chimiques de l’eau – structure tétraédrique et polarité
- Culligan – Répartition de l’eau sur Terre : 71 % surface, 97 % salée, 3 % douce