Par Diane EvansMis à jour le 30 août 2022
L'eau contient deux types distincts de liaisons :les liaisons covalentes qui maintiennent les atomes d'oxygène et d'hydrogène ensemble au sein de chaque molécule, et les liaisons hydrogène qui relient une molécule d'eau à une autre. Les liaisons covalentes donnent à l'eau sa structure moléculaire, tandis que les liaisons hydrogène créent le réseau qui définit les propriétés globales du liquide.
Dans l’eau liquide, les liaisons hydrogène sont relativement faibles, mais leur nombre domine le comportement de la molécule. Ils résultent de l’attraction électrostatique entre les atomes d’hydrogène partiellement positifs et les atomes d’oxygène partiellement négatifs. Parce que les molécules sont constamment en mouvement, ces liaisons se forment et se rompent de manière dynamique. Le chauffage augmente l’énergie cinétique moléculaire, renforçant la tendance à la rupture des liaisons et permettant à l’eau de se vaporiser. En phase gazeuse, les molécules d’eau dérivent indépendamment; une fois refroidis, les liaisons hydrogène se rétablissent et le liquide se reforme.
La glace adopte un réseau cristallin dans lequel chaque molécule d'eau est coordonnée de manière tétraédrique par quatre voisines via des liaisons hydrogène. Cet arrangement ordonné restreint le mouvement moléculaire, rendant la glace moins dense que l'eau liquide. En conséquence, la glace flotte, formant une couverture protectrice sur les plans d'eau qui soutient la vie aquatique pendant l'hiver.
La polarité de l’eau – une répartition inégale de la charge provoquée par l’atome d’oxygène électronégatif – lui permet d’entourer et de séparer les ions et les molécules polaires. La petite taille des molécules d’eau permet à beaucoup d’entre elles de se regrouper autour d’un soluté, formant des liaisons hydrogène qui séparent le soluté. Cela explique pourquoi l'eau dissout plus de substances que tout autre liquide, ce qui lui vaut son titre de « solvant universel ».
La liaison hydrogène confère une cohésion et une tension superficielle élevées, évidentes lorsque les gouttelettes perlent sur les surfaces cirées. Cela explique également la chaleur élevée de vaporisation de l’eau, qui fait de la transpiration un mécanisme de refroidissement efficace pour les mammifères. La grande énergie requise pour rompre les liaisons hydrogène signifie que l’eau reste liquide sur une large plage de températures, soutenant ainsi les processus de la vie.
Au-delà de l’auto-interaction, l’eau crée des liaisons hydrogène avec des molécules qui possèdent des groupes hydroxyle (OH) ou amine (NH₂), une caractéristique essentielle à d’innombrables réactions biochimiques. La capacité de l'eau à stabiliser les structures et à transporter des molécules, associée à son pouvoir tampon thermique, a été indispensable à l'évolution de la vie sur Terre.