A.1.1 · Eau

Ce document couvre des sujets sélectionnés du niveau standard pour le cours évalué pour la première fois en 2025 ; il ne constitue pas l'intégralité du programme.

Prérequis : lire les quantités et unités indiquées, puis utiliser l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous.

Les exemples sont originaux et fictifs : ils ne correspondent ni à de vraies mesures ni à de véritables enquêtes d'étudiants.

Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?

• Une goutte d'eau reste cohérente sur une feuille. Son comportement résulte d'interactions entre molécules, et non d'une peau constituée d'eau solide.

Construire le modèle

• Les molécules d'eau sont polaires.
• L'attraction entre l'hydrogène partiellement positif d'une molécule et l'oxygène partiellement négatif d'une autre forme les liaisons hydrogène.
• La cohésion est l'attraction entre les molécules d'eau ; l'adhésion est l'attraction vers une autre surface.
• Cohésion : Attraction entre des molécules de la même substance.
• Adhésion : Attraction entre des substances différentes.

Choisir des preuves capables de le tester

• Les mêmes interactions intermoléculaires aident à expliquer la tension superficielle et l'énergie nécessaire pour changer la température.
• Le chauffage modifie le mouvement moléculaire et les interactions ; il ne brise pas normalement les liaisons covalentes O–H.

En laboratoire : Comparez des gouttes égales sur des surfaces propres à température fixe. Mesurez l'angle de contact ou l'étalement de manière constante. Un détergent modifie le système, enregistrez donc la concentration plutôt que de traiter tous les liquides comme équivalents.

Travailler à partir de quantités connues

• Connu : 0.100 kg d'eau se réchauffe de 5.0 K ; la chaleur massique est 4,180 J/(kg·K).
• Q = mcΔT = 0.100 × 4,180 × 5.0 = 2,090 J.
• Ce calcul exclut l'énergie absorbée par le récipient et perdue vers l'environnement.

À vous : Utilisez c = 4,180 J/(kg·K). Calculez Q pour 0.200 kg d'eau chauffée de 5.0 K.

Vérifier la conclusion et ses limites

• Les liaisons hydrogène entre les molécules diffèrent des liaisons covalentes au sein d'une molécule d'eau.
• La polarité seule ne garantit pas la bonne solubilité de toute substance dans l'eau.

Faux : Ébullir l'eau ne brise pas normalement ses liaisons covalentes O–H. L'ébullition sépare les molécules les unes des autres en surmontant les liaisons hydrogène intermoléculaires. Les liaisons covalentes O-H à l'intérieur de chaque molécule subsistent – la vapeur reste H2O.

Clé :

• Les molécules d'eau sont polaires.
• Les mêmes interactions intermoléculaires aident à expliquer la tension superficielle et l'énergie nécessaire pour changer la température.
• À surveiller : les liaisons hydrogène entre les molécules diffèrent des liaisons covalentes au sein d'une molécule d'eau.

Écrire à partir d'un transfert de chaleur de 1672 J

• 0.100 kg d'eau sont chauffés de 4.0 K. Utilisez 4180 J par kilogramme par kelvin.
• L'ébullition sépare les molécules. Elle ne rompt pas les liaisons covalentes O-H.