Entropie de l'eau
Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
 |
Cet article a une forme trop académique.
La forme ressemble trop à un extrait de cours et nécessite d'être réécrit afin de correspondre aux standards de l'encyclopédie. N'hésitez pas à l'améliorer.
|
L'entropie de l'eau est intéressante à examiner car, dans la molécule d'eau [1], l'atome d'oxygène ayant deux doublets non liants, deux liaison hydrogène sont possibles, faisant de l'eau liquide un système très fortement associé [2] :
la distance entre molécules d'eau liquide est plus importante entre -22°C (eau surfondue extrême) et 4°C , et c'est seulement à partir de 4°C que, l'eau ayant dissocié une part de ses liaisons hydrogène, l'élévation de température à pression constante provoque une dilatation ordinaire suffisante pour compenser le relatif effondrement de l'association moléculaire. Le coefficient de dilatation de l'eau , α, est donc négatif pour T < 277K et positif au-delà , ceci à la pression ordinaire d'une atmosphère.
Du fait de la relation de Clapeyron (voir formules de thermodynamique), la variation de l'entropie à température constante est dS = -(1/T)VdP .αT.
Ce qui est contraire à l'intuition commune est :
comme on confine le système par l'augmentation de pression , ce confinement réduit le "Possible" dans l'espace de phase des états de translation, donc son logarithme ( rappel S = log (Possible) ) ; donc on doit réduire S par augmentation de pression.
Or ici le contraire se produit pour t < 4°C. La raison en est simple : l'ordre dû aux liaisons hydrogène est ce qui maintient un volume plus grand à cause de l'association en quasi-ligne-droite de la laison hydrogène H---O-H ; l'augmentation de pression CASSE ces lignes droites et donc le désordre, ou plutôt disons le Possible, augmente.
Ainsi, conformément à la relation de Clapeyron 
, la compréhension qualitative simultanée de ces deux anomalies est bien due à une seule et même cause : la "friabilité" des liaisons hydrogène. Ce que vient dire la formule de Clapeyron est : cette simultanéité est quantifiable exactement.
