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Une fascination : l’eau

L’eau, la chimie de la vie

Si vous pensiez jusqu’ici que l’eau est une moléa;cule à la fois simple et innocente, détrompez-vous, révisez votre jugement.  En effet l’eau est de loin l’une des substances les plus fascinantes de la planète. Elle reste l’un des grands mystères de l’Univers. L’eau supporte les processus vitaux comme nulle autre substance ne peut le faire. Les réactions chimiques chez les plantes et les espèces animales prennent en effet place dans ce médium, créant ou consommant de l’eau dans leurs métabolismes.

La vie sur la Terre dépend totalement de l’eau sachant que les organismes vivant en sont largement composés : de 70 à 90% en fonction de leur poids et à plus de 99% en nombre absolu de molécules d’eau.

L’eau est non seulement vitale en tant que solvant où de nombreux solutés se dissolvent mais également en tant que partie essentielle de nombreux métabolismes de vie. Sans eau, ces métabolismes ne pourraient se produire ; la plupart des ces réactions ont en effet lieu dans la cellule elle-même. L’eau joue un rôle central, tant biologique que chimique, notamment dans les processus acido-basiques. Appréhender la structure et la dynamique de l’eau c’est comprendre son rôle en tant que solvant permettant le transport de substances comme les ions, les protons et les ions hydroxydes. L’excès de protons et de ions hydroxydes, tous deux particulièrement importants dans la chimie acide-base et les fonctions biomoléculaires, jouent un rôle-clé dans le métabolisme de tout organisme vivant, largement mis en évidence par le grand nombre de réactions chimiques dans lesquelles ils prennent part. Les ions sont les cofacteurs d’enzymes, catalyseur de fonctions basiques telles le transport d’électrons, les réactions de type redox et métabolisme énergétique ; ils sont également essentiels au maintien de la pression osmotique des cellules.

 

L’eau, le solvant universel

L’eau est souvent considérée comme le solvant roi, universel. Ceci est principalement dû au fait de sa polarité et sa capacité de former des liaisons hydrogène avec d’autres molécules. Tous les composants de la cellule (protéines, DNA et polysaccarides) sont dissouts dans l’eau dont dérivent leur structure et leur activité de par leurs interactions avec l’eau. L’eau a cette formidable capacité de dissoudre plus de substances en plus grande quantité que n’importe quel autre liquide, faisant ainsi de l’eau un élément-clé dans les processus chimiques, physiques et biologiques.

 

 

Réactions de type oxydo-réduction

Fondamentalement une réduction signifie l’addition d’un électron (e-) et à l’inverse, une oxydation signifie la soustraction d’un électron. L’addition d’un électron emmagasine de l’énergie dans le composant réduit. La soustraction d’un électron libère de l’énergie du composant oxydé. Si une substance est réduite, alors une autre est oxydée. Il en va ainsi dans les systèmes biologiques, l’addition ou la soustraction d’un électron constitue le mécanisme de réaction de type oxydo-réduction le plus fréquent, appelé communément réaction de type redox.

 

L’eau est un acide et une base

L’eau, selon la façon dont nous l’observons, peut être à la fois un acide et une base. L’eau peut même réagir avec elle-même pour former un acide ou une base. Cela survient dans des proportions très infimes ; les chimistes ont ainsi déterminé la concentration de H3O+ à 25 °C comme très faible : seulement quelques molécules par milliard se dissocient naturellement. La dissociation de l’eau forme un acide qui augmente la concentration de ions hydrogène (hydronium H3O+ connu également sous hydrated H+) et une base qui augmente la concentration de ions hydroxyde (OH-). Etant donné le caractère non spontané de la réaction chimique, ce processus peut être amplifié par le recours à l’électrolyse de l’eau.

Le degré d’acidité, respectivement d’alcalinité d’une solution, se mesure en valeur pH, exprimant la valeur négative logarithmique de la concentration de ions hydrogène. Les scientifiques ont établi une échelle pH allant du plus acide 0 au plus basique 14, le neutre étant la valeur pH 7, pH où la concentration de ions 0H- est identique à celle de ions H+. Les substances ayant un pH supérieur à 7 sont dites alcalines ou basiques car ayant une concentration supérieure de ions OH- que de ions H+ et vice versa pour des produits de pH inférieur à 7. Comme l’échelle pH est logarithmique, une variation d’une unité pH signifie une concentration de ions hydrogène dix fois supérieure.

pH de diverses substances

 

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