Par Allison Horky
Mis à jour le 24 mars 2022
L'eau est une molécule polaire composée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. La répartition inégale des électrons donne à l’extrémité oxygène une légère charge négative et à l’extrémité hydrogène une légère charge positive. Cette polarité permet à l'eau de former de nombreuses liaisons hydrogène et en fait un excellent solvant pour les espèces ioniques et polaires, telles que le chlorure de sodium, où les ions positifs sont attirés vers l'oxygène et les ions négatifs vers l'hydrogène.
Les molécules non polaires n'ont pas une répartition inégale des charges ; leurs électrons sont partagés également entre les liaisons covalentes. De ce fait, ils n’interagissent pas favorablement avec les charges partielles de l’eau. Cette nature « craignant l'eau », ou hydrophobicité, amène les molécules non polaires à se regrouper plutôt qu'à se disperser.
Parce que les liaisons hydrogène de l’eau créent un réseau qui favorise les interactions polaires, les molécules non polaires sont effectivement exclues. Lorsqu’ils sont dispersés dans l’eau, ils s’agrègent pour former une membrane étanche, souvent sphérique, qui protège leur intérieur hydrophobe du contact avec l’eau. Ce principe sous-tend les structures biologiques telles que les membranes cellulaires, où les queues hydrophobes des phospholipides sont tournées vers l'intérieur tandis que les têtes hydrophiles s'interfacent avec l'environnement aqueux.
Une démonstration de cuisine courante illustre ce phénomène. Lorsque de l’huile végétale, mélangée à un peu de colorant alimentaire, est versée sur de l’eau dans une tasse transparente, l’huile forme des gouttelettes distinctes à la surface. Les gouttelettes ne se dispersent pas car les chaînes d'hydrocarbures apolaires repoussent les molécules d'eau polaires. Au fil du temps, le colorant alimentaire se diffuse lentement dans l'eau, montrant que les molécules polaires peuvent traverser l'interface, tandis que le noyau non polaire reste isolé.
Ces observations confirment que la polarité de l'eau, les liaisons hydrogène et la stabilité intrinsèque des liaisons covalentes non polaires dictent collectivement le comportement des substances non polaires dans les environnements aqueux.