Je connais lexplication traditionnelle, qui dit que la glace a de grands espaces entre les molécules $ \ ce {H2O} $ parce que la liaison hydrogène lui donne une structure ouverte. Mais quest-ce que la structure ouverte a à voir avec la liaison hydrogène? Pourquoi nest-ce pas « un phénomène similaire observé chez dautres espèces qui présentent des liaisons hydrogène, comme $ \ ce {HF} $ ou $ \ ce {NH3} $?
Commentaires
- Voir ce message .
- Cela ne répond certainement pas ' votre question, mais pour info, ' est un mythe selon lequel lexpansion lors de la congélation est unique à leau. Il existe un certain nombre de composés organiques pour lesquels cest le cas, ainsi que des éléments purs qui pas une liaison hydrogène comme le gallium, lantimoine, le germanium, le silicium et plus encore.
- Ce que je ne ' t obtenir, cest pourquoi la liaison hydrogène fait en quelque sorte la glace avoir un structure ouverte.
Réponse
Ce qui suit est une image de la forme cristalline hexagonale de la glace ordinaire (Ice I $ _h $) extrait de SS Zumdahl, Chemistry, 3e éd., copyright © 1993 par DC Heath and Company:
Notez que les lignes pointillées représentent les liaisons hydrogène. Leau liquide a en fait une structure «ouverte» similaire également en raison de la liaison hydrogène. Mais dans le cas de leau liquide, les liaisons hydrogène ne sont pas rigides et semi-permanentes comme dans la glace. Imaginez donc que dans limage ci-dessus, le réseau de liaisons hydrogène seffondre. Cest ce qui se produit lorsquil y a suffisamment dénergie thermique pour rompre les liaisons hydrogène rigides entraînant la fusion. De toute évidence, une fois que cette structure cristalline nest plus forcée en place par la liaison hydrogène rigide dans la glace, elle peut seffondrer sur elle-même, entraînant une plus grande densité de molécules deau.
Ainsi, la forme liquide de leau, bien que engagée dans une liaison hydrogène transitoire, nest pas aussi ouverte et dilatée que lorsquelle est maintenue dans sa forme solide par la liaison hydrogène rigide et semi-permanente.
Réponse
En complément des autres réponses, notez que la structure en « nid dabeilles » qui est responsable de la diminution de la densité lors de la congélation nest pas sacro-sainte Il peut être affaissé, sans fondre, par haute pression à partir de 200 MPa environ. Ce sont les phases de glace haute pression , dont une dizaine sont connues. Tous ceux en équilibre avec le liquide, mis à part la phase basse pression Ice $ I_h $, sont plus denses que le liquide avec lequel ils sont en équilibre; ainsi le point de fusion de leau commence à monter une fois que lon arrive au seuil de Ice $ III $ à environ -22 ° C et 210 MPa.
Nous pouvons également aller dans lautre sens, générant des structures de glace encore plus ouvertes et de densité inférieure à Ice $ I_h $. De telles phases ne sont pas réalisées en pur Leau mais apparaissent dans des taux de clathrate tels que le bien connu méthane clathrate .
Réponse
Les liaisons hydrogène maintiennent les molécules deau en place en phase solide
La structure de la glace est un cadre ouvert régulier de molécules deau disposées comme un nid dabeille
Quand il fond, le cadre seffondre et les molécules deau se rapprochent, rendant leau liquide plus dense