L'eau est absolument fondamentale pour toutes les formes de vie sur terre. C'est le milieu dans lequel les organismes vivants ont très probablement évolué pour la première fois et elle est omniprésente dans toutes les cellules. Il est logique que le dieu grec primordial de l'eau, Hydros, qui est l'un des premiers êtres à avoir existé, n'ait pas d'ancêtres et ait donné naissance à la terre, Gaia.
L'eau est si importante en biologie que toute cette section porte sur cette molécule structurellement simple.
La molécule d'eau
Nous avons déjà abordé brièvement la structure moléculaire de l'eau (H₂O) dans une section précédente sur les interactions atomiques. Une seule molécule est constituée de deux atomes d'hydrogène liés de manière covalente à un atome d'oxygène. L'électronégativité élevée de l'oxygène provoque une polarité au sein de la molécule, ce qui entraîne une charge partielle négative au niveau de l'oxygène et des charges partielles positives au niveau des hydrogènes. La figure montre différentes façons de représenter la structure de la molécule d'eau.
États de l'eau
L'eau, comme d'autres substances, présente différents états de la matière, à savoir solide, liquide et gazeux. Ces états sont principalement déterminés par la quantité de liaisons hydrogène que les molécules d'eau forment entre elles. À l'état liquide, les liaisons hydrogène se rompent constamment et se reforment. Les températures plus basses augmentent la part des molécules qui interagissent par des liaisons hydrogène et solidifient et structurent leur agrégation, tandis que les températures plus élevées brisent les liaisons hydrogène et provoquent la dissociation des molécules d'eau.
Hydrophilie et hydrophobie
La polarité d'une molécule est une caractéristique chimique importante. Les molécules polaires comme l'eau s'attirent mutuellement, tout comme les molécules non polaires comme les hydrocarbures s'agrègent entre elles. En revanche, les molécules polaires et non polaires se repoussent mutuellement. L'eau étant un milieu si important et omniprésent, les substances polaires sont dites hydrophiles, tandis que les composés non polaires sont dits hydrophobes. L'agrégation des molécules hydrophobes est également renforcée par des interactions hydrophobes, par exemple par les "forces de Van der Waals".
Solubilité dans l'eau
La solubilité de différentes substances dans l'eau est déterminée par leur polarité. Les ions comme Na⁺ et Cl⁻ (NaCl, sel commun), ou les molécules polaires (hydrophiles) comme l'éthanol sont solubles dans l'eau, alors que les lipides par exemple, étant hydrophobes, ne le sont pas. Dans une solution, les molécules d'eau forment des couches de solvatation autour des molécules solubles ou des ions. Les ions, en particulier, sont séparés les uns des autres au cours de ce processus, comme illustré ici.
La section suivante abordera les acides et les bases - des composés très importants qui se dissocient en solution aqueuse.
