En chimie, l'eau est étudiée comme une substance. On s'intéresse à sa composition, à ses propriétés chimiques et à la manière dont elle interagit avec les autres substances. L'eau participe à un très grand nombre de réactions chimiques et est indispensable à la vie.

L'eau est constituée de molécules identiques qui possèdent des propriétés particulières. Elle peut dissoudre de nombreuses substances, transporter des ions et servir de milieu à de nombreuses réactions chimiques.

• L'eau est constituée de molécules de formule H₂O.
• Elle est un excellent solvant pour de nombreuses substances.
• L'eau peut contenir des substances dissoutes, comme des sels minéraux ou des gaz.
• Elle intervient dans de nombreuses réactions chimiques, aussi bien dans la nature que dans l'industrie.

Exemple : lorsque l'on verse du sel dans un verre d'eau, les cristaux disparaissent progressivement. Le sel ne disparaît pas réellement : il se dissout dans l'eau et forme une solution.

Les propriétés chimiques de l'eau sont utilisées dans les laboratoires, la fabrication des médicaments, l'industrie alimentaire, le traitement des eaux, les procédés industriels et les organismes vivants.

Comprendre la chimie de l'eau permet d'expliquer de nombreux phénomènes du quotidien, depuis la dissolution du sucre dans une boisson jusqu'aux réactions chimiques qui rendent la vie possible.

L'électrolyse de l'eau

L'électrolyse de l'eau est une expérience qui permet de montrer qu'une substance peut être transformée grâce à l'énergie électrique. Elle consiste à utiliser un courant électrique pour séparer les éléments qui composent la molécule d'eau : l'hydrogène et l'oxygène.

Pour réaliser une électrolyse, on place de l'eau dans un récipient contenant deux éléments conducteurs appelés électrodes. Ces électrodes sont reliées aux bornes d'un générateur électrique qui fournit un courant continu.

L'eau pure conduit très peu l'électricité, car elle contient très peu de particules capables de transporter des charges électriques. Pour faciliter le passage du courant, on ajoute généralement une petite quantité d'une substance appelée électrolyte.

Un électrolyte est une substance qui, lorsqu'elle est dissoute dans l'eau, se sépare en petites particules chargées électriquement appelées ions. Ces ions peuvent se déplacer dans la solution et transporter les charges électriques entre les deux électrodes.

Par exemple, on peut utiliser de l'hydroxyde de sodium (NaOH) ou de l'acide sulfurique (H₂SO₄) en très petite quantité. Dans l'eau, ces substances libèrent des ions qui permettent au courant électrique de circuler plus facilement.

Ces ions ne sont pas les gaz produits par l'électrolyse : ils servent seulement à rendre l'eau plus conductrice en facilitant le déplacement des charges. L'eau reste donc le composé qui est réellement décomposé en dihydrogène et en dioxygène.

Lorsque le courant circule, il provoque une transformation chimique. Les molécules d'eau, composées de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, sont séparées. Des bulles de gaz apparaissent alors progressivement à la surface des deux électrodes.

• À l'électrode négative, appelée cathode, se forme du dihydrogène (H₂).
• À l'électrode positive, appelée anode, se forme du dioxygène (O₂).
• Le volume de dihydrogène obtenu est environ deux fois supérieur à celui du dioxygène, car chaque molécule d'eau contient deux atomes d'hydrogène pour un seul atome d'oxygène.

Si l'on recueille les gaz produits dans deux tubes retournés au-dessus des électrodes, on observe donc que le premier tube se remplit plus rapidement que le second. Cette différence de volume permet de retrouver la composition de la molécule d'eau : H₂O.

L'électricité n'est donc pas transformée directement en matière : elle apporte l'énergie nécessaire pour casser les liaisons entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène. Les atomes peuvent ensuite se réassembler sous forme de nouvelles molécules : du dihydrogène et du dioxygène.

L'électrolyse est aujourd'hui utilisée pour fabriquer du dihydrogène, notamment dans le cadre des recherches sur les énergies renouvelables. Lorsque l'électricité utilisée provient du Soleil ou du vent, elle permet de produire un hydrogène appelé hydrogène vert, qui pourrait servir de moyen de stockage de l'énergie.

Cette expérience montre que l'eau, qui semble être une substance simple et familière, est en réalité un composé chimique dont les éléments peuvent être séparés grâce à un apport d'énergie.