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2.14: États de l'eau
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States of Water
 
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2.14: States of Water

2.14: États de l'eau

Water exists in three main states: solid (ice), liquid, and gas (steam). The state water is in depends on the intermolecular forces that draw water molecules together and the kinetic energy that pulls them apart.

Water freezes when the intermolecular forces are greater than the kinetic energy. Unlike most other substances, water is less dense in its solid state than it is in its liquid state. This is because each water molecule is capable of bonding with four molecules, forming a spaced, tetrahedral organization. This characteristic of water allows ice to float. Without floating ice, bodies of water would freeze from the bottom up, killing aquatic life.

When kinetic energy is applied to ice in the form of heat, ice melts into liquid water. In this state, bonds between water molecules constantly break and form again. When ice melts, the temperature of the water remains at the melting point until the whole volume is liquid. Only then will the water temperature increase beyond the melting point.

As kinetic energy overpowers intermolecular forces, liquid water (or even ice) turns into a gas. The process of generating steam from liquid water is called vaporization. Increases in kinetic energy can occur within the sample, as with boiling, or can happen at the surface when water evaporates. The process by which a gas is generated directly from a solid, without first going through a liquid phase, is called sublimation. This transition is dependent on low atmospheric pressure, augmenting the effects of kinetic energy.

When kinetic energy drops, steam can transition into a liquid, a process called condensation, or directly into a solid, a process called deposition or desublimation. Condensation accounts for rain, and deposition accounts for snow.

In the search for other biocompatible planets, the presence of water is a crucial feature, especially in liquid form, because life on Earth began in water. Enceladus is an ice-covered moon of Saturn that has water plumes or geysers on its southern pole. This initially generated much debate over whether Enceladus has liquid water under the ice, as the plumes were found to carry both steam and ice. However, the moon’s orbit around Saturn and other clues suggest the presence of a vast liquid ocean in Enceladus, making it potentially hospitable for life.

L’eau existe dans trois états principaux : solide (glace), liquide et gaz (vapeur). L’eau d’état dépend des forces intermoléculaires qui rassemblent les molécules d’eau et de l’énergie cinétique qui les sépare.

L’eau gèle lorsque les forces intermoléculaires sont plus grandes que l’énergie cinétique. Contrairement à la plupart des autres substances, l’eau est moins dense à l’état solide qu’elle ne l’est dans son état liquide. C’est parce que chaque molécule d’eau est capable de se lier avec quatre molécules, formant une organisation spatiale et tétraèdre. Cette caractéristique de l’eau permet à la glace de flotter. Sans glace flottante, les plans d’eau gèleraient de bas en haut, tuant la vie aquatique.

Lorsque l’énergie cinétique est appliquée à la glace sous forme de chaleur, la glace fond dans l’eau liquide. Dans cet état, les liens entre les molécules d’eau se brisent et se forment à nouveau constamment. Lorsque la glace fond, la température de l’eau reste au point de fusion jusqu’à ce que le volume entier soit liquide. Ce n’est qu’alors que la température de l’eau augmentera au-delà du point de fusion.

Comme l’énergie cinétique domine les forces intermoléculaires, l’eau liquide (ou même la glace) se transforme en gaz. Le processus de production de vapeur à partir d’eau liquide est appelé vaporisation. Des augmentations de l’énergie cinétique peuvent se produire à l’intérieur de l’échantillon, comme avec l’ébullition, ou peut se produire à la surface lorsque l’eau s’évapore. Le processus par lequel un gaz est généré directement à partir d’un solide, sans passer par une phase liquide, est appelé sublimation. Cette transition dépend de la basse pression atmosphérique, ce qui augmente les effets de l’énergie cinétique.

Lorsque l’énergie cinétique tombe, la vapeur peut passer en liquide, un processus appelé condensation, ou directement dans un solide, un processus appelé dépôt ou désouglination. La condensation explique la pluie, et les dépôts expliquent la neige.

Dans la recherche d’autres planètes biocompatibles, la présence d’eau est une caractéristique cruciale, en particulier sous forme liquide, parce que la vie sur Terre a commencé dans l’eau. Encelade est une lune couverte de glace de Saturne qui a des panaches d’eau ou des geysers sur son pôle sud. Cela a d’abord suscité beaucoup de débats sur la question de savoir si Encelade a de l’eau liquide sous la glace, car les panaches ont été trouvés pour transporter à la fois de la vapeur et de la glace. Cependant, l’orbite de la lune autour de Saturne et d’autres indices suggèrent la présence d’un vaste océan liquide à Encelade, ce qui le rend potentiellement hospitalier pour la vie.


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