Voir la source de Molécule d'eau

{{Voir homonymes|eau (homonymie)}}
{{Article général|eau}}
{{Infobox Chimie
 | nom                      = Eau
 | image                    = Water molecule dimensions.svg
 | image2                   = Water-3D-balls.png
 | taille image             = 200
 | légende                  = Géométrie de la molécule d’eau et représentation 3D.
<!-- Général -->
 | DCI                      = 
 | nomIUPAC                 = 
 | synonymes                = 
 | CAS                      = {{CAS|7|7|3|2|1|8|5}}
 | EINECS                   = {{EINECS|2|3|1|7|9|1|2}}
 | RTECS                    = 
 | ATC                      = {{ATC|}}
 | DrugBank                 = 
 | PubChem                  = {{CID|}}{{SID|}}
 | chEBI                    = 
 | NrE                      = 
 | FEMA                     = {{FEMA|}}
 | SMILES                   = O
 | InChI                    = 1/H2O/h1H2
 | InChIKey                 = 
 | StdInChI                 = 
 | StdInChIKey              = 
 | apparence                = liquide transparent{{note| groupe=alpha|L'eau est en réalité bleue, mais tellement transparente que cette couleur n'est généralement visible qu'à partir d'une certaine épaisseur ou profondeur. Pour plus de détails, voir l'article « [[Couleur de l'eau]] ».}}. Bleu sur la tranche de la glace ({{ex}} glacier)<ref>{{en}} [http://www.dartmouth.edu/~etrnsfer/water.htm Pourquoi l’eau est-elle bleue ?], sur ''dartmouth.edu''.</ref>
<!-- Propriétés chimiques -->
 | formule                  = |H=2|O=1
 | masseMol                 = 
 | pKa                      = 
 | momentDipolaire          = {{nb|1.8546|±=0.0040|D}}<ref>{{HBChemPhys|89|9-50}}.</ref>
 | susceptibiliteMagnetique = 
 | diametreMoleculaire      = {{nb|0.343|nm}}<ref name="Yitzhak Marcus">{{Ouvrage | langue=en | prénom1=Yitzhak | nom1=Marcus | titre=The Properties of Solvents | volume=4 | lieu=Angleterre | éditeur=[[John Wiley & Sons]] | année=1999 | pages totales=239 | isbn=0-471-98369-1}}.</ref>
 | indiceIode               = 
 | indiceAcide              = 
 | indiceSaponification     = 
<!-- Propriétés physiques -->
 | TTransitionVitreuse      = 
 | fusion                   = {{tmp|0|°C}}<ref name ="GESTIS">{{GESTIS|ZVG=1140 |CAS=7732-18-5 |Nom=Water |Date=8 mars 2010}}.</ref>
 | ebullition               = {{tmp|100|°C}}<ref name ="GESTIS"/>
 | solubilite               = 
 | parametreSolubilite      = {{Nb|47.9|MPa|1/2}} ({{tmp|25|°C}})<ref>{{Ouvrage | langue=en | prénom1=James E. | nom1=Mark | titre=Physical Properties of Polymer Handbook | éditeur=Springer | année=2007 | numéro d'édition=2 | pages totales=1076 | passage=294 | isbn=978-0-387-69002-5 | isbn2=0-387-69002-6 | lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=fZl7q7UgEXkC&pg=PA289 | consulté le=1 mars 2013}}.</ref>
 | miscibilite              = 
 | masseVolumique           = {{Nb|1.0000 g/cm3}} ({{tmp|3.98|°C}})<br />
{{Nb|0.99705 g/cm3}} ({{tmp|25|°C}})<ref name ="GESTIS"/>
{{Infobox Chimie/Masse volumique|masseMol=18.0153|A=5.4590|B=0.30542|C=647.13|D=0.081|Tmin=273.16|ρ(Tmin)=55.583|Tmax=333.15|ρ(Tmax)=54.703|arrondi=5|graphique=Masse volumique eau 273-333 K.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Daubert"/>}}
{{Infobox Chimie/Masse volumique|masseMol=18.0153|A=4.9669|B=0.27788|C=647.13|D=0.18740|Tmin=333.15|ρ(Tmin)=|Tmax=403.15|ρ(Tmax)=|arrondi=5|graphique=Masse volumique eau 333-403 K.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Daubert"/>}}
{{Infobox Chimie/Masse volumique|masseMol=18.0153|A=4.3910|B=0.24870|C=647.13|D=0.25340|Tmin=403.15|ρ(Tmin)=|Tmax=647.13|ρ(Tmax)=|arrondi=5|graphique=Masse volumique eau 403-647 K.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Daubert"/>}}
 | TAutoInflammation        = {{tmp||°C}}
 | pointEclair              = {{tmp||°C}}
 | limitesExplosivite       = 
 | pressionVapeur           = {{Nb|6.112|mbar}} (glace, {{tmp|0|°C}})<ref>{{article | langue = en | prénom = Philip E. |nom=Ciddor | titre = Refractive index of air: new equations for the visible and near infrared | périodique = Applied Optics | volume = 35 | numéro = 9 | année = 1996 | pages = 1566-1573 | doi = 10.1364/AO.35.001566 | consulté le = 4 mars 2010}}.</ref><br />
{{Nb|12.4|mbar}} ({{tmp|10|°C}})<br />
{{Nb|23.4|mbar}} ({{tmp|20|°C}})<br />
{{Nb|42.5|mbar}} ({{tmp|30|°C}})<br />
{{Nb|73.8|mbar}} ({{tmp|40|°C}})<br />
{{Nb|123.5|mbar}} ({{tmp|50|°C}})<br />
{{Nb|199.4|mbar}} ({{tmp|60|°C}})<ref name ="GESTIS"/>
{{Infobox Chimie/Pression vapeur|A=73.649|B=-7258.2|C=-7.3037|D=4.1653E-6|E=2.0000|Tunite=K|Punite=Pa|Tmin=273.16|Pmin=610.56|Tmax=647.13|Pmax=21940000|arrondi=2|graphique=Pvs,eau,348-647K.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Daubert">{{Ouvrage | langue=en | auteur1=T. E. Daubert | auteur2=R. P. Danner | titre=Physical And Thermodynamic Properties Of Pure Chemicals | lieu=Pennsylvania | éditeur=[[Taylor & Francis]] | année=1994 | pages totales=736 | isbn=1-56032-270-5}}.</ref>}}
{{Infobox Chimie/Pression vapeur|A=35.169|B=-6149.4|C=-1.3785|D=5.4788E-3|E=1.0000|Tunite=K|Punite=Pa|Tmin=149.3|Pmin=|Tmax=273.16|Pmax=610.56|arrondi=5|graphique=Pvs,eau,149-273K.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Daubert"/>}}
 | viscosite                = {{nb|0.001002 Pa s}} à {{tmp|20|°C}}{{refsou}}
 | pointCritique            = {{tmp|647.3|K}}, {{nb|22.12|MPa}}, {{nb|0.063 l/mol}}<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Claudio A. |nom1=Faúndez|prénom2 = José O. |nom2 = Valderrama|titre=Activity Coefficient Models to Describe Vapor-Liquid Equilibrium in Ternary Hydro-Alcoholic Solutions |périodique=Chinese Journal of Chemical Engineering |doi=10.1016/S1004-9541(08)60203-7 |mois=avril |année=2009|volume=17|numéro=2|pages=259-267|consulté le=25 janvier 2010}}.</ref>
 | pointTriple              = {{tmp|0.01|°C}}<ref>''Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures'', {{78e|session}}, 1989, [http://www.bipm.org/utils/common/pdf/its-90/EIT-90.pdf {{p.|T1-T21}}] (et {{p.|T23-T42}}, version anglaise).</ref> ;<br /> {{nb|611.73|Pa}}
 | conductivitéThermique    = {{nb|565|mW||K|-1|m|-1}}{{refsou}}
{{Infobox Chimie/Autre|[[Tension superficielle]] à {{tmp|20|°C}}|{{nb|0,0728 N/m}}{{refsou}}}}
 | conductivitéÉlectrique   = {{nb|5.5 e-6 S/m}}{{refsou}}
 | vitesseSon               = 
<!-- Thermochimie -->
 | emsGaz                   = 
 | emsLiquide               = 
 | emsSolide                = 
 | esfGaz                   = {{ΔH|-241.83|kJ||mol|-1|M=18.0153}}<ref name="Glassman">{{Ouvrage | langue=en | auteur1=Irvin Glassman | auteur2=Richard A. Yetter | titre=Combustion | éditeur=[[Elsevier (éditeur)|Elsevier]] | année=2008 | numéro d'édition=4 | pages totales=773 | passage=6 | isbn=978-0-12-088573-2 | consulté le=7 mars 2010}}.</ref>
 | esfLiquide               = {{ΔH|-285.10|kJ||mol|-1|M=18.0153}}<ref name="Glassman"/>
 | esfSolide                = 
 | enthFus                  = {{ΔH|335|J||g|-1|M=18.0153}}{{refsou}}
 | enthVap                  = {{Nb|40.65|kJ||mol|-1}} ({{Nb|1|atm}}, {{tmp|99.97|°C}}) ;<br />
{{Nb|43.98|kJ||mol|-1}} ({{Nb|1|atm}}, {{tmp|25|°C}})<ref>{{HBChemPhys|90|}}.</ref>
 | capaciteTherm            = {{nb|35.22|J||mol|-1|K|-1|M=18.0153}} (gaz, {{tmp|500|K}})<br />
{{nb|75.38|J||mol|-1|K|-1|M=18.0153}} (liquide, {{tmp|298|K}})<ref name ="NIST">{{NIST|7732-18-5|Water}}.</ref><br />
{{nb|2.060|J||g|-1|K|-1}} (solide)
{{Infobox Chimie/Capacité thermique|etat=liquide|masseMol=18.015|A=276370|B=-2090.1|C=8.1250|D=-1.4116E-2|E=9.3701E-6|Tmin=273.16|Cp(Tmin)=76150|Tmax=533.15|Cp(Tmax)=89390|arrondi=0|graphique=Capacité thermique eau.svg|tailleGraphique=500px|ref=<ref name="Perry’s">{{Ouvrage | langue=en | prénom1=Robert H. | nom1=Perry | prénom2=Donald W. | nom2=Green | titre=Perry's Chemical Engineers' Handbook | lieu=États-Unis | éditeur=McGraw-Hill | année=1997 | numéro d'édition=7 | pages totales=2400 | isbn=0-07-049841-5 | consulté le=23 juin 2010}}.</ref>}}
{{Infobox Chimie/Autre|{{mvar|C{{ind|v}}}}|{{nb|3.724|J||g|-1|K|-1}} (gaz){{refsou}}}}
 | PCS                      = 
 | PCI                      = 
<!-- Propriétés biochimiques -->
 | codons                   = 
 | pHisoelectrique          = 
 | acideAmineEss            = 
<!-- Propriétés électroniques -->
 | bandeInterdite           = 
 | mobiliteElectronique     = 
 | mobiliteTrous            = 
 | 1reEnergieIonisation     = {{nb|12.620,6|±=0.002,0|eV}} (gaz)<ref>{{HBChemPhys|89|10-205}}.</ref>
 | constanteDielectrique    = 
<!-- Cristallographie -->
 | systemeCristallin        = [[Système cristallin hexagonal|hexagonal]]
 | reseauBravais            = 
 | Pearson                  = 
 | classe                   = {{Infobox Chimie/Groupe espace|194|ref=}}
 | Schoenflies              = 
 | Strukturbericht          = 
 | structureType            = 
 | parametresMaille         = {{mvar|a}} = {{nb|4.521,2|Å}}<br />{{mvar|c}} = {{nb|7.366,6|Å}}{{refsou}}
 | volume                   = 
 | macle                    = 
<!-- Propriétés optiques -->
 | refraction               = {{réfraction|T=25|λ=D|1.3325}}<ref name="Yitzhak Marcus"/>
 | birefringence            = 
 | dispersion               = 
 | polychroisme             = 
 | fluorescence             = 
 | absorption               = 
 | transparence             = 
 | pvrRotatoire             = 
 | cteVerdet                = 
<!-- Précautions -->
 | radioactif               = 
 | 67548EEC                 = 
 | 67548EECref              = 
 | symboles                 = 
 | numeroIndex              = {{indexCE|}}
 | classificationCE         = 
 | r                        = 
 | s                        = 
 | transportRef             = 
 | transport                = {{ADR
| Kemler =
| ONU =
| Classe =
| CodeClassification =
| Etiquette =
| Etiquette2 =
| Etiquette3 =
| Emballage =
}}
 | NFPA704ref               = 
 | NFPA704                  = {{NFPA 704|Flammability=|Health=|Reactivity=|Other=}}
 | SIMDUTref                = 
 | SIMDUT                   = {{SIMDUT|}}
 | SGHref                   = 
 | SGH                      = 
 | CIRC                     = 
 | inhalation               = 
 | peau                     = 
 | yeux                     = 
 | ingestion                = 
<!-- Écotoxicologie -->
 | DL50                     = <!-- (souris, [[Ingestion|oral]]) <br /> (souris, [[Injection intraveineuse|i.v.]]) <br /> (souris, [[sous-cutané|s.c.]]) <br /> (souris, [[intrapéritonéal|i.p.]]) -->
 | CL50                     = 
 | LogP                     = 
 | DJA                      = 
 | odorat                   = 
<!-- Données pharmacocinétiques -->
 | CAM                      = 
 | biodisponibilite         = 
 | liaisonProteique         = 
 | metabolisme              = 
 | demiVieDistrib           = 
 | demiVieElim              = 
 | stockage                 = 
 | excretion                = 
<!-- Considérations thérapeutiques -->
 | classeTherapeutique      = 
 | voieAdministration       = 
 | grossesse                = 
 | conduiteAuto             = 
 | precautions              = 
 | antidote                 = 
<!-- Caractère psychotrope -->
 | categoriePsycho          = 
 | modeConsommation         = 
 | autresNoms               = 
 | risqueDependance         = 
<!-- Composés apparentés -->
 | autres                   = 
 | autrescations            = 
 | autresanions             = 
 | isomères                 = 
<!-- Supplément -->
 | supplement               = 
}}

La '''molécule d’eau'''{{note| groupe=alpha|On peut également la nommer ''monoxyde de dihydrogène'', ''hydroxyde d’hydrogène'', ''acide hydroxyque'', ''hydroxyde d’hydronium'', ou ''acide hydrique'', ou bien génériquement ''oxyde d’hydrogène'', mais de tels noms ne sont généralement utilisés que de façon ironique : voir [[canular du monoxyde de dihydrogène]].}}, de formule {{H2O}}, est le constituant essentiel de l’[[eau]] pure. Celle-ci contient également des [[ion]]s résultant de l’[[Autoprotolyse#Autoprotolyse de l'eau|autoprotolyse de l’eau]] selon l’[[équation d'équilibre]] : {{H2O}} {{équil}} H{{exp|+}} + OH{{exp|−}} (ou 2 {{H2O}} {{équil}} H{{ind|3}}O{{exp|+}} + OH{{exp|−}}). L’eau pure n’est pas présente dans la nature et doit être obtenue par des processus physiques.

L’eau à pression ambiante (environ un [[Bar (unité)|bar]]) est [[gaz]]euse au-dessus de {{tmp|100|°C}}, [[état solide|solide]] en dessous de {{tmp|0|°C}} et [[liquide]] entre les deux<ref group="alpha">En raison des retards à la [[nucléation]] on peut rencontrer de l'eau liquide en dessous de {{tmp|0|°C}} (en [[surfusion]]) ou au-dessus de {{tmp|100|°C}}, comme de la vapeur d'eau en dessous de {{tmp|100|°C}}, mais seulement de façon transitoire (en [[métastabilité|équilibre métastable]]).</ref> ; les autres composés proches ou apparentés ([[sulfure d'hydrogène|sulfure d’hydrogène]], [[ammoniac]] et [[méthane]]) sont tous [[Gaz|gazeux]] même à des températures bien plus basses.

== Physique ==

=== Propriétés générales ===
{{article détaillé|Variation de la pression atmosphérique avec l'altitude|Atmosphère normalisée}}
{{article connexe|Données physico-chimiques de l'eau}}
[[Image:Diag eau.svg|vignette|gauche|300px|[[Diagramme de phase]] de l’eau, montrant l’état de l’eau pure en fonction de la température et de la pression.]]

L’[[état solide]] de l’eau est la [[glace]] ; l’état [[gaz]]eux est la [[vapeur d'eau]].

L’état de l’eau dépend des conditions de [[pression]] {{mvar|P}} et de [[température]] {{mvar|T}}. Il existe une situation unique ({{mvar|P}},{{mvar|T}}) dans laquelle l’eau coexiste sous les trois formes solide, liquide, et gazeux ; cette situation est appelée « [[point triple]] de l’eau », elle a lieu à une température de {{nb|273.16|K}} ({{tmp|0.01|°C}}) et une pression de {{nb|611.2|Pa}}.

Les [[unité de base du système international|unités]] de température ([[degré Celsius|degrés Celsius]], [[kelvin]]) sont définies en prenant ce point triple de l’eau comme référence.

La [[vitesse du son]] dans l’eau est de {{nb|1500 m/s}} dans les [[conditions normales de température et de pression]].

La [[conductivité électrique]] de l'eau pure à {{tmp|20|°C}} est très faible : {{nb|5.5 e-6 S/m}}. L'eau pure est donc considérée comme un [[isolant électrique]]<ref name=maxicours>{{Lien web |titre=Conducteurs et isolants électriques |url=https://www.maxicours.com/se/cours/conducteurs-et-isolants-electriques/ |site=Maxicours |consulté le=2021-08-03}}.</ref>.

La [[masse]] d’un [[litre]] d’eau à la température de {{tmp|4|°C}} était la première définition du [[kilogramme]]. Par approximation, on prend pour [[masse volumique]] de l’eau dans les conditions normales la valeur de {{nb|1000 kg/m3}}, une [[tonne]] par [[mètre cube]] ou encore un kilogramme par litre ({{nb|1 kg/l}}).

La [[capacité thermique massique]]<ref group=alpha>Anciennement ''chaleur massique'' ou ''chaleur spécifique''.</ref> de l’eau est de {{nb|4186|J||kg|-1|K|-1}} dans les [[conditions normales de température et de pression]]. L’eau était utilisée comme étalon de chaleur dans d’anciens systèmes d’unités : la [[calorie]] (et la [[frigorie]]) quantifiait la chaleur à apporter pour augmenter d’un degré Celsius la température d’un gramme d’eau : soit {{nb|4.185|J}}.

L’eau est pratiquement considérée comme un [[fluide incompressible]] dans la plupart des applications. Son coefficient de [[compressibilité]] est de {{nb|4.5|e=-10|Pa|-1}}.

{{clr|left}}
{| class="wikitable alternance" style="text-align:right"
|+ Quelques propriétés de l’eau en fonction de la température
|- style="font-size:smaller"
! scope="col" | {{abbr|Temp.|Température}}<br />({{unité|°C}})
! scope="col" | [[Masse volumique|Masse]]<br />volumique<br />({{unité|g/cm3}})
! scope="col" | [[capacité thermique massique|Capacité]]<br />thermique <br />massique<br />({{unité|J g-1 K-1}})
! scope="col" | [[Viscosité]]<br />({{unité|µPa s}})
! scope="col" | Pression de <br />vapeur<br />[[Pression de vapeur saturante|saturante]]<br />(bar)
! scope="col" | [[Enthalpie]] de<br />vaporisation<br />({{unité|kJ/kg}})
! scope="col" | [[conductivité thermique|Conductivité]]<br />thermique<br />({{unité|W m-1 K-1}})
|-
! scope="row" | 0
| {{nb|0,99984}} || {{nb|4,2176}} || {{formatnum:1793}} || {{nb|0,00611}} || {{nb|2500,5}} || 0,569
|-
! scope="row" | 10
| {{nb|0,99970}} || {{nb|4,1921}} || {{formatnum:1307}} || {{nb|0,01228}} || {{nb|2467,9}} || 0,587
|-
! scope="row" | 20
| {{nb|0,99821}} || {{nb|4,1818}} || {{formatnum:1002}} || {{nb|0,02338}} || {{nb|2453,4}} || 0,604
|-
! scope="row" | 30
| {{nb|0,99565}} || {{nb|4,1784}} || 797,7 || {{nb|0,04245}} || {{nb|2429,6}} || 0,618
|-
! scope="row" | 40
| {{nb|0,99222}} || {{nb|4,1785}} || 653,2 || {{nb|0,07382}} || {{nb|2405,9}} || 0,632
|-
! scope="row" | 50
| {{nb|0,98803}} || {{nb|4,1806}} || 547,0 || {{nb|0,12346}} || {{nb|2309,9}} || 0,643
|-
! scope="row" | 60
| {{nb|0,98320}} || {{nb|4,1843}} || 466,5 || {{nb|0,19936}} || {{nb|2357,7}} || 0,654
|-
! scope="row" | 70
| {{nb|0,97778}} || {{nb|4,1895}} || 404,0 || {{nb|0,31181}} || {{nb|2333,1}} || 0,662
|-
! scope="row" | 80
| {{nb|0,97182}} || {{nb|4,1963}} || 354,4 || {{nb|0,47379}} || {{nb|2308,2}} || 0,670
|-
! scope="row" | 90
| {{nb|0,96535}} || {{nb|4,2050}} || 314,5 || {{nb|0,70123}} || {{nb|2282,7}} || 0,676
|-
! scope="row" | 100
| {{nb|0,95840}} || {{nb|4,2159}} || 281,8 || {{nb|1,01325}} || {{nb|2256,6}} || 0,681
|}

{| class="wikitable alternance" style="text-align:right"
|+ Température d’ébullition de l’eau en fonction de l’altitude
|-
! scope="col" | Altitude (m)
! scope="col" | Pression ([[Atmosphère (unité)|atm]])<ref>[http://exergie.free.fr/climat2a.htm De combien la pression diminue-t-elle avec l’altitude ?], sur ''exergie.free.fr''.</ref>
! scope="col" | {{abbr|Temp.|Température}} (°C)
|-
! scope="row" | 0
| 1,00 || 100
|-
! scope="row" | {{nb|4806}} ([[Mont Blanc]])
| 0,547 || 83,9
|-
! scope="row" | {{nb|8849}} ([[Everest]])
| 0,311 || 70,2
|-
! scope="row" | {{nb|19200}}
| 0,063 || 36,8
|}

À {{nb|20000|m}} environ, l’eau entre en ébullition à la température du corps humain : c’est une barrière infranchissable pour l’humain sans dispositif de pressurisation (vêtement à pressurisation partielle, scaphandre, ou cabine pressurisée).

=== L'eau comme fluide thermodynamique ===
L'eau est un fluide thermodynamique d'usage courant, efficace et économique<ref name="Tab. de l'eau">« ''Properties of Water and Steam in SI-Units'' », 1969, prepared by Ernst Schmidt, Springer, Verlag Berlin Heidelberg New York, R. Oldenburg München.</ref>.
* L'eau a une [[densité]] maximale de {{unité|1000 kg/m3}} (soit {{nb|1 kg/l}} à l'origine la définition du kilogramme) ; exactement {{nb|999.975 kg/m3}} à {{tmp|3.98|°C}}.
* L'eau a la [[capacité thermique]] à pression constante la plus élevée de tous les liquides ({{unité|75.711|J||mol|-1|K|-1}} soit {{unité|4.202,6|kJ||kg|-1|K|-1}} à {{tmp|20|°C}}). Les océans sont de bons accumulateurs de la chaleur.
* L'eau est [[Stabilité moléculaire|stable]] en température jusqu'à une valeur élevée autorisant son usage comme fluide de travail dans les [[Cycle thermodynamique|cycles thermodynamiques]] classiques.
* L'eau est stable sous rayonnement dont le [[Émission de neutron|rayonnement neutronique]]<ref group=alpha>En [[réacteur à eau pressurisée]], on observe une [[radiolyse]] au passage de l'eau dans le cœur du réacteur ; on limite l'effet corrosif de l'[[Dioxygène|oxygène]] naissant en fonctionnant avec un excès d'[[Dihydrogène|hydrogène]] dissous dans l'eau.</ref>.
* L'eau a la [[tension superficielle]] la plus élevée de tous les liquides ({{unité|72 mN/m}} à {{tmp|20|°C}}) à l'exception du mercure ; dans l'air humide, la formation des gouttelettes est facilitée ; dans un tube capillaire, l'eau monte ainsi que la [[sève]] dans les arbres.
* L'eau a la [[Enthalpie de changement d'état|chaleur latente]] d'[[évaporation]] la plus élevée de tous les liquides ({{unité|44.22|kJ/mol}} soit {{unité|2454.3|kJ/kg}} à {{tmp|20|°C}}) ; donc l'effet réfrigérant de la transpiration est efficace.
* L'eau a une [[Enthalpie de fusion|chaleur latente de fusion]] élevée (6,00 kJ/mol soit 333,0 kJ/kg).
* L'eau a une très faible [[conductivité thermique]] ({{nb|0,604 W m-1 K-1}} à {{tmp|20|°C}}).
* {{passage non pertinent|infobulle=aucun rapport avec le titre de la sous-section|L'eau et la glace ont une couleur bleutée sous forte épaisseur (car la molécule H20 absorbe davantage les longues longueurs d'onde - rouge - que les courtes - bleu).}}
* L'eau est [[Transparence (physique)|transparente]] à la [[Spectre visible|lumière visible]], ainsi les organismes aquatiques peuvent vivre car la [[Rayonnement solaire|lumière du soleil]] peut les atteindre ; elle est cependant [[Absorbance|opaque]] au rayonnement [[infrarouge]] absorbé par l'hydrogène, l'oxygène et leur liaison.

{| class="wikitable alternance centre"
|+ Caractéristiques thermodynamiques de l'eau, commentées<ref name="Tab. de l'eau" />
|-
! scope="col" | [[Grandeur physique|Grandeur<br />physique]]
! scope="col" | Commentaire
! scope="col" | Corrélation
|-
! scope="row" | [[Masse volumique|Masse <br />volumique]]<br />{{mvar|ρ}}
| La masse volumique de l'eau diminue avec la température et augmente un peu avec la pression. Une modélisation linéaire donne de bons résultats, dès lors qu'on ne se trouve pas au voisinage de la saturation.
| Boite <br />déroulante <br />et Infobox
|-
! scope="row" | [[Viscosité dynamique|Viscosité <br />dynamique]]<br />{{mvar|µ}}
|La viscosité dynamique de l'eau varie fortement dans la gamme de température {{tmp|0|100|°C}} (plus d'un facteur 6). Toute modélisation ou essai doit tenir compte de ce phénomène comme les maquettes testées en analogie de [[Nombre de Reynolds|Reynolds]].
| Boite <br />déroulante
|-
! scope="row" | [[Conductivité thermique|Conductivité <br />thermique]]<br />{{mvar|λ}}
|La conductivité thermique de l'eau augmente avec la température jusque vers {{tmp|130|140|°C}} et diminue ensuite. Elle augmente avec la pression. Elle varie cependant assez peu et une interpolation linéaire sur des plages de température et pression d'une centaine de degrés Celsius et de bars donne des résultats corrects.
| Boite <br />déroulante
|-
! scope="row" | [[Capacité thermique massique|Capacité <br />thermique <br />à pression <br />constante]]<br />{{mvar|C{{ind|p}}}}
|La [[capacité thermique massique]] de l'eau est de {{unité|4185 J kg-1 K-1}}, à pression normale<ref>Pierre Rapin et Patrick Jacquard, « Aide-mémoire formulaire du froid », {{14e}}{{éd.}}, Dunod, 2010, {{p.|9}}.</ref>. Elle est largement constante aux basses températures et proche de {{Unité|4,18 kJ kg-1 K-1}}, elle augmente régulièrement avec la température et baisse un peu avec la pression. Il est possible de modéliser correctement l'enthalpie de l'eau liquide de façon linéaire dans de larges plages de température et pression dès lors qu'on ne s'approche pas à moins de {{tmp|10|°C}} des conditions de saturation. {{mvar|C{{ind|p}}}} augmente au voisinage de la saturation et prend une valeur très grande (théoriquement infinie) au [[Point critique (thermodynamique)|point critique]] de l'eau.
| Boite <br />déroulante <br />et Infobox
|-
! scope="row" | [[Pression de vapeur saturante|Pression <br />de vapeur <br />saturante]]<br />{{mvar|p}}<sub>sat</sub>
|La [[formule de Duperray]] fournit une bonne approximation dans la gamme de température entre {{tmp|95|°C}} et {{tmp|230|°C}}. Il est commode d'améliorer un peu cette formule, la boite déroulante donne une corrélation de ce type.
| Boite <br />déroulante <br />et Infobox
|-
! scope="row" | [[Masse volumique|Masse <br />volumique]] <br />de la vapeur<br />{{mvar|ρ}}{{ind|sat}}
|Des conditions normales jusqu'à {{tmp|140|°C}} - {{nb|3,6 bar}}, la masse volumique de la vapeur saturée n'est guère plus élevée que celle du [[gaz parfait]] (moins de 5 %). Au-delà de {{unité|10|bar}} et jusqu'à {{unité|60|bar}}, la relation simpliste empirique : {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{mvar|p}}<sub>sat</sub>/2 donne un résultat par valeurs inférieures à mieux que 4 % ({{mvar|ρ}}{{ind|sat}} en {{nb|kg/m3}} et {{mvar|p}}<sub>sat</sub> en bar). <br />En dehors du voisinage du point critique, la vapeur surchauffée se comporte comme un gaz parfait [[Molécule triatomique|triatomique]] dès une vingtaine de degrés Celsius de surchauffe.
| Boite <br />déroulante
|-
! scope="row" | [[Enthalpie]]<br />de la vapeur <br />saturée<br />{{mvar|h}}{{ind|sat}}
|Dans une large gamme de pressions (de {{nb|5 à 85 bar}}), l'enthalpie de la vapeur saturée est constante au {{1er|ordre}}, soit environ {{Unité|2775 kJ/kg}}.
| Boite <br />déroulante
|-
|}

Propriétés nucléaires
L'eau légère présente une [[section efficace]] microscopique totale (2 ⋅ hydrogènes + 1 ⋅ oxygène) de {{unité|0.931|[[barn|mb]]}} aux neutrons thermiques. L'eau est plus capturante que l'[[eau lourde]] car le [[tritium]] formé par capture d'un neutron par le [[deutérium]] est un [[nucléide]] instable tandis que le deutérium formé par capture d'un neutron par le [[protium]] est stable.

{| class="wikitable alternance centre mw-collapsible mw-collapsed"
|+ Formulation des caractéristiques thermodynamiques de l'eau<ref name="Tab. de l'eau" />
|-
! scope="col" | Grandeur <br />physique
! scope="col" | Corrélation
! scope="col" | Commentaire
|-
! scope="row" | Capacité <br />thermique <br />à pression <br />constante<br />{{mvar|C{{ind|p}}}}
| <math>Cp = 4{,}121\,3 + 2{,}254\,4\times 10^{-3} \times t - 4{,}299\,4\times 10^{-5} \times t^2 + 3{,}204\,4\times 10^{-7} \times t^3 - 6{,}366\,7\times 10^{-10}\times t^4 + c_1 + c_2</math><br /><br />
<math>c_1 = 6{,}506\,8\times 10^{-5} \times e^{(3{,}2391\times 10^{-2} \times t)}</math>

<math>c_2 = (150 - p) \times e^{(7{,}705\,5\times 10^{-5} \times t^2 - 1{,}576\,5\times 10^{-2} \times t - 7{,}659\,1)}</math>

avec {{mvar|C{{ind|p}}}} en {{nb|kJ kg-1 K-1}}, {{mvar|t}} en °C et {{mvar|p}} en bars absolus ; applicable de 1 à {{Unité|250|bar}} et de {{tmp|0|370|°C}}.

Test : à {{tmp|100|°C}} et {{nb|10 bar}}, {{mvar|C{{ind|p}}}} = {{nb|4,205 kJ kg-1 K-1}} ; à {{tmp|304.5|°C}} et {{nb|155 bar}}, {{mvar|C{{ind|p}}}} = {{nb|5,620 kJ kg-1 K-1}} (valeurs calculées).
| Non aisément intégrable.
|-
! scope="row" | Masse <br />volumique <br />de l'eau <br />liquide<br />{{mvar|ρ}}
| <math>\rho_\text{sat} = {315{,}5 \over 0{,}256^{\left(1- {t + 273{,}15 \over 647{,}3}\right)^{\alpha}}} + (p - 221{,}2) \times e^{\beta}</math><br /><br />
<math>\scriptstyle\alpha = 1{,}694\,9 \times 10^{-16} \times t^6 - 2{,}627\,3 \times 10^{-13} \times t^5 + 1{,}646\,8 \times 10^{-10} \times t^4 - 5{,}476\,7 \times 10^{-8} \times t^3 + 1{,}079\,2 \times 10^{-5} \times t^2 - 1{,}267\,4 \times 10^{-3} \times t + 0{,}286\,2</math>

<math>\scriptstyle\beta= 9{,}820\,6\times 10^{-10} \times t^4 - 6{,}027\,3 \times 10^{-7} \times t^3 + 1{,}395\,4 \times 10^{-4} \times t^2 - 9{,}957\,8 \times 10^{-3} \times t - 2{,}965\,6</math>

avec {{mvar|ρ}} en {{nb|kg/m3}}, {{mvar|t}} en °C et {{mvar|p}} en bars absolus ; applicable de {{nb|1 à 250 bar}} et de {{tmp|0|370|°C}}.

Test : à {{tmp|300|°C}} et {{nb|155 bar}}, {{mvar|ρ}} = {{nb|716,85 kg/m3}} ; à {{tmp|100|°C}} et {{nb|10 bar}}, {{mvar|ρ}} = {{nb|958,63 kg/m3}}, valeurs calculées.

|Rassemble les trois corrélations données dans l'Infobox. Le {{1er|terme}} représente la masse volumique à {{nb|221,2 bar}} ; le {{2e}} est un correctif de pression.
|-
! scope="row" | Conductivité <br />thermique <br />de l'eau <br />liquide<br />{{mvar|λ}}
| <math>\lambda = -5{,}799\,1\times 10^{-6}\times t^2+1{,}659\,4 \times 10^{-3} \times t+0{,}588\,12 + l</math> <br /><br />
<math>l = (p -221{,}2)\times e^{(3{,}213\,95\times 10^{-5} \times t^2-6{,}454\,3\times 10^{-3} \times t - 9{,}302\,1)}</math>

avec {{mvar|λ}} en {{nb|W m-1 K-1}}, {{mvar|t}} en °C et {{mvar|p}} en bars absolus ; applicable de {{nb|1 à 250 bar}} et de {{tmp|0|370|°C}}.
| Le {{1er|terme}} donne la conductivité à {{nb|221,2 bar}} ; le {{2e}} (noté « {{mvar|l}} ») est un correctif fonction de la pression.
|-
! scope="row" | Viscosité <br />dynamique de <br />l'eau liquide<br />{{mvar|μ}}
| <math>\mu = {1\,000 \over M + m }\times (1 + \alpha)</math>

<math>\scriptstyle M = 4{,}746\,8\times 10^{-14} \times t^6 - 4{,}151\,7\times 10^{-11} \times t^5 + 1{,}432\,2\times 10^{-8} \times t^4 - 2{,}650\,7\times 10^{-6} \times t^3 + 3{,}086\,9\times 10^{-4} \times t^2 + 1{,}460\,6\times 10^{-2} \times t + 0{,}588\,73</math>

<math>\scriptstyle m =(0{,}002 \times t - 0{,}014) \times 1{,}001\,216 \times e^{(- 2{,}978\,1\times 10^{-3} \times t^2 + 3{,}105\,8\times 10^{-2} \times t)}</math>

<math>\scriptstyle \alpha = (1{,}071\,429 - 7{,}142\,9 \times 10^{-3} \times p) \times (-1{,}326\,2 \times 10^{-4} \times t + 4{,}496\,1\times 10^{-4})</math>

avec {{mvar|t}} en °C, {{mvar|p}} en bar et {{mvar|µ}} en {{nb|e-6 kg m-1 s-1}} ; applicable de {{tmp|0|370|°C}} et de {{nb|0 à 180 bar}}.

Test : à {{tmp|25|°C}} et {{nb|10 bar}}, {{mvar|µ}} = {{nb|888,1 e-6 kg m-1 s-1}} ; à {{tmp|300|°C}} et {{nb|150 bar}}, {{mvar|µ}} = {{nb|91,66 e-6 kg m-1 s-1}} (valeurs calculées).
| 1/{{mvar|µ}} évolue au {{1er|ordre}} linéairement avec la température. {{mvar|α}} est un correctif fonction de la pression. {{mvar|m}} améliore le résultat entre {{tmp|0|°C}} et {{tmp|20|°C}} où la viscosité varie fortement.
|-
! scope="row" | Pression <br />de vapeur <br />saturante<br />{{mvar|p}}<sub>sat</sub>
| <math>p_\text{sat}(t_\text{sat}) = \left({t_\text{sat} \over 104,39} \right)^{4{,}223}</math> <br /><br />avec {{mvar|t}}<sub>sat</sub> en °C et {{mvar|p}}<sub>sat</sub> en bar ; applicable de {{tmp|130|370|°C}}.
| Corrélation dérivée de la [[formule de Duperray]], donne un résultat à moins de 1 %.
|-
! scope="row" | Pression de vapeur <br />saturante<br />{{mvar|p}}<sub>sat</sub>
| <math>p_\text{sat} = e^{73{,}649 - {7\,258{,}2 \over (t_\text{sat} + 273{,}15)} - 7{,}303\,7 \times \ln(t_\text{sat} + 273{,}15) + 4{,}165\,3\times 10^{-6} \times (t_\text{sat} + 273{,}15)^2}</math> <br /><br />avec {{mvar|t}}<sub>sat</sub> en °C et {{mvar|p}}<sub>sat</sub> en Pa ; applicable de {{tmp|0|374|°C}}.
| Corrélation dérivée de la [[formule de Dupré]]. Non aisément inversable.
|-
! scope="row" | Température de vapeur<br />saturante<br />{{mvar|t}}<sub>sat</sub>
| <math>t_\text{sat} = 0{,}024\,283x^4 + 0{,}219\,99x^3 + 2{,}366\,3x^2 + 27{,}930x + 99{,}643</math><br /><br />
<math>x = \ln(p_\text{sat})</math>

avec {{mvar|t}}<sub>sat</sub> en °C et {{mvar|p}}<sub>sat</sub> en bar ; applicable de {{nb|0,125 à 221,2 bar}}.
| Corrélation pratique, non aisément inversable.
|-
! scope="row" | Masse volumique <br />de la vapeur<br />saturante<br />{{mvar|ρ}}{{ind|sat}}
| <math>\rho_\text{sat} = {p\over 2} + 315{,}46 \times e^{(7{,}780\,4 \times 10^{-12} \times p^6 - 5{,}842\,2\times 10^{-9} \times p^5 + 1{,}719\,5\times 10^{-6} \times p^4 - 2{},483\,3 \times 10^{-4} \times p^3 + 0{,}017\,724 \times p^2 - 0{,}493\,43 \times p - 4{,}833\,1)}</math> <br /><br />avec {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} en {{nb|kg/m3}} et {{mvar|p}} en bar ; applicable de 5 à {{Unité|200|bar}}.<br /><br />
Test : à {{nb|30 bar}}, {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{nb|15,03 kg/m3}} ; à {{nb|60 bar}}, {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{nb|30,66 kg/m3}} (valeurs calculées).

<math>\rho_\text{sat} = e^{(3{,}896\,9\times 10^{-14} \times t^6 - 3{,}841\,2\times 10^{-11} \times t^5 + 1{,}364\,8\times 10^{-8} \times t^4 - 1{,}850\,4\times 10^{-6} \times t^3 - 5{,}7406\times 10^{-5} \times t^2+ 0{,}062\,032 \times t - 5{,}292\,1)}</math>

avec {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} en {{nb|kg/m3}} et {{mvar|t}} en °C ; applicable de {{tmp|100|360|°C}}.

Test : à {{tmp|233.84|°C}}, {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{nb|15,43 kg/m3}} ; à {{tmp|275.61|°C}}, {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{nb|31,45 kg/m3}} (valeurs calculées).
| Rappelle la relation empirique simple {{mvar|ρ}}{{ind|sat}} = {{mvar|p}}/2 applicable entre {{nb|10 et 60 bar}}.
|-
! scope="row" | [[Enthalpie]]<br />de la vapeur <br />saturée<br />{{mvar|h}}{{ind|sat}}
|<math>h_\text{sat} = 2\,799,9 - 0{,}009\,424 \times (t_\text{sat} - 219{,}5)^2</math> <br /><br /> avec {{mvar|h}}{{ind|sat}} en {{nb|kJ/kg}} et {{mvar|t}}<sub>sat</sub> en °C ; applicable de {{tmp|100|330|°C}}.<br /><br />
|
|}

{| class="wikitable alternance centre mw-collapsible mw-collapsed"
|+ Valeurs des caractéristiques thermodynamiques de l'eau<ref name="Tab. de l'eau" />
|-
! scope="col" | Cond. <br />Temp. <br />et Press.
! scope="col" | Masse <br />volumiq. <br />({{nb|kg/m3}})
! scope="col" | Viscos. <br />dynam. <br />({{nb|e-3}}<br />{{nb|kg m-1 s1}})
! scope="col" | Conduc. <br />therm.<br />({{nb|W m-1 K-1}})
! scope="col" | Capac. <br />therm. <br />à press. <br />const.<br />({{nb|kJ/kg}})
! scope="col" | Press. <br />de vap. <br />satur. <br />(bar)
! scope="col" | Enthalp. <br />du liq.<br />({{nb|kJ/kg}})
! scope="col" | Enthalp. <br />de la <br />vap.<br />({{nb|kJ/kg}})
! scope="col" | Chaleur <br />latente<br />d'évap.<br />({{nb|kJ/kg}})
! scope="col" | [[Nombre de Prandtl|Nb de<br />Prandtl]]
! scope="col" | Commentaire
|-
! scope="row" |{{tmp|0|°C}}<br />1 bar
| 999,80
| 1,750
| 0,569
| 4,217
| {{nb|0,006108}}
| {{nb|-0,04}}
| {{nb|2501,6}}
| {{nb|2501,6}}
| 12,97
|
|-
! scope="row" |{{tmp|0.01|°C}}<br />1 bar
| 999,80
| 1,750
| 0,569
| 4,217
| {{nb|0,006112}}
| 0,00
| {{nb|2501,6}}
| {{nb|2501,6}}
| 12,97
| [[Point triple]] <br />de l'eau.
|-
! scope="row" |{{tmp|4|°C}}<br />500 bar
| {{nb|1024,06}}
| 1,544
| {{nb|0,6132}}
| 4,001
| s. o.
| 65,4
| s. o.
| s. o.
| 10,074
| Le fond <br />des océans.
|-
! scope="row" |{{tmp|3.98|°C}}<br />1 bar
| 999,975
| {{nb|1,5709}}
| {{nb|0,57616}}
| {{nb|4,2141}}
| {{nb|0,0081179}}
| 16,716
| {{nb|2508,86}}
| {{nb|2492,15}}
| 11,49
| La densité maximale <br />aux conditions ordinaires.
|-
! scope="row" |{{tmp|20|°C}}<br />1 bar
| 998,30
| 1,000
| 0,604
| 4,203
| {{nb|0,02337}}
| 84,0
| {{nb|2538,2}}
| {{nb|2454,3}}
| 6,959
| Eau à température <br />et pression ordinaires.
|-
! scope="row" |{{tmp|50|°C}}<br />1 bar
| 988,04
| 0,544
| 0,643
| 4,181
| {{nb|0,12335}}
| 209,3
| {{nb|2592,2}}
| {{nb|2382,9}}
| 3,537
|
|-
! scope="row" |{{tmp|100|°C}}<br />1 bar
| 958,13
| 0,279
| 0,681
| 4,210
| {{nb|1,0133}}
| 419,06
| {{nb|2676,0}}
| {{nb|2256,9}}
| 1,725
| L'eau bout à {{tmp|100|°C}}<br />sous une atmosphère.
|-
! scope="row" | {{tmp|200|°C}}<br />75 bar
| 869,19
| {{nb|0,1355}}
| 0,670
| 4,463
| 15,549
| 854,85
| {{nb|2790,9}}
| {{nb|1938,6}}
| 0,903
|
|-
! scope="row" |{{tmp|229.5|°C}}<br />72 bar
| 832,18
| {{nb|0,1177}}
| 0,644
| 4,648
| 27,72
| 988,89
| {{nb|2801,9}}
| {{nb|1830,3}}
| 0,849
| Eau alimentaire des <br />[[Générateur de vapeur|GV]] d'un [[Réacteur à eau pressurisée|REP]].
|-
! scope="row" | {{tmp|270|°C}}<br />155 bar
| 781,49
| 0,102
| 0,607
| {{nb|4,9565}}
| 70,218
| {{nb|1182,7}}
| {{nb|2789,9}}
| {{nb|1604,6}}
| 0,833
|
|-
! scope="row" |{{tmp|286|°C}}<br />155 bar
| 753,65
| {{nb|0,09634}}
| 0,644
| 5,191
| 70,218
| {{nb|1263,7}}
| {{nb|2773,2}}
| {{nb|1504,6}}
| 0,777
| Eau à l'entrée <br />du cœur d'un REP.
|-
! scope="row" | {{tmp|300|°C}}<br />155 bar
| 726,69
| {{nb|0,0804}}
| 0,559
| 5,483
| 85,927
| {{nb|1337,8}}
| {{nb|2751,0}}
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| 0,789
|
|-
! scope="row" | {{tmp|304.5|°C}}<br />155 bar
| 716,66
| {{nb|0,09029}}
| {{nb|0,5513}}
| 5,626
| 91,509
| {{nb|1363,0}}
| {{nb|2742,15}}
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| 0,921
| Eau dans le cœur <br />d'un REP.
|-
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| 671,11
| {{nb|0,083419}}
| {{nb|0,51016}}
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| 117,44
| {{nb|1472,78}}
| {{nb|2694,5}}
| {{nb|1238,34}}
| 1,052
| Eau à la sortie <br />du cœur d'un REP.
|-
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| 651,17
| {{nb|0,08057}}
| 0,491
| 7,147
| 128,63
| {{nb|1517,9}}
| {{nb|2670,2}}
| {{nb|1143,6}}
| 1,173
|
|-
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| 594,036
| {{nb|0,073258}}
| {{nb|0,44905}}
| s. o.
| 128,63
| {{nb|1630,75}}
| {{nb|2600,3}}
| 969,55
| s. o.
| Eau dans le <br />pressuriseur d'un REP.
|-
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| 315,5
| 0,045
| 0,238
| ∞
| 221,20
| {{nb|2107,4}}
| {{nb|2107,4}}
| 0,0
| ∞
| [[Point critique (thermodynamique)|Point critique]]<br />de l'eau.
|}

=== Propriétés liées à la vie terrestre ===
Certaines des caractéristiques de l’eau font d’elle une [[molécule]] remarquable, aux particularités qui ont permis à la [[vie]] sur [[Terre]] de se développer. Ces caractéristiques, surtout liées à sa [[Polarité (chimie)|nature dipolaire]], sont explicitées dans les chapitres qui suivent.

* Dans les phases condensées (solide, liquide) de l’eau, ses molécules ont une forte cohésion entre elles de par les [[Liaison hydrogène|liaisons hydrogène]], ce qui fait que ses phases condensées sont « difficiles » à évaporer ; l'eau a une température d’[[ébullition]] particulièrement élevée pour une [[molécule]] de cette [[masse molaire]]. Cela permet à une importante phase liquide d’exister aux températures connues sur [[Terre]], phase liquide indispensable à la vie telle que nous la connaissons.
* De même, ses propriétés de [[solvant]] « doux » permettent à un très grand nombre de réactions biochimiques de se produire.
* Le fait que la [[densité]] de l’eau soit plus grande à l’état liquide que solide, propriété rare partagée qu'avec quelques autres substances (voir chapitre suivant), a une conséquence remarquable : la glace flotte sur l’eau liquide. De surcroît, le fait que la densité de l’[[eau douce]] soit maximale à {{tmp|4|°C}} fait que la température au fond d’un lac ne descend pas en dessous de {{tmp|4|°C}} (sauf cas extrêmes). Cela permet à la vie aquatique de survivre aux périodes glacées, car l’eau reste liquide sous son manteau de glace isolant (pour la plupart des espèces chimiques, la densité à l’état liquide est plus faible qu’à l’état solide).
* Par ailleurs, sa [[tension superficielle]] particulièrement élevée permet le phénomène de [[capillarité]] (qui permet, entre autres, à la sève des végétaux de monter) et à de nombreux êtres vivants de se déplacer sur la surface de l’eau.

=== Formes ===
L’eau peut prendre différentes formes :
[[Image:Diagramme_de_phases_de_l'eau.svg|vignette|droite|300px|[[Diagramme de phase]] de l’eau, montrant ses différents états en fonction de la température et de la pression, y compris les différents [[polymorphisme (chimie)|polymorphes]] de son [[état solide]].]]
* la [[phase (thermodynamique)|phase]] [[liquide]] est simplement appelée ''eau'', ou ''eau liquide'' s’il y a un risque d’ambiguïté ;
* la phase [[gaz]]euse est appelée ''[[vapeur d'eau]]'', ou simplement ''vapeur'' ;
* au-dessus d’une certaine température {{math|''T''{{ind|c}}}} ou d'une certaine pression {{math|''P''{{ind|c}}}}, dites [[point critique (thermodynamique)|« critiques »]] ({{math|''T''{{ind|c}}}} = {{unité|647.3|K}} et {{math|''P''{{ind|c}}}} = {{unité|22,120 MPa}}), il n'y a plus de [[transition de phase]] entre les états liquide et gazeux, et l'on passe continûment de l'un à l'autre en faisant varier la température {{mvar|T}} ou la pression {{mvar|P}}. Quand {{mvar|T}} et {{mvar|P}} dépassent {{math|''T''{{ind|c}}}} et {{math|''P''{{ind|c}}}} on dit que l’eau est dans un état ''[[fluide supercritique|supercritique]]'', on parle d’''eau supercritique'' ;
* à l’[[état solide]], l’eau est appelée ''[[glace]]'', mais il en existe plusieurs polymorphes qui diffèrent par leur [[structure cristalline]] : [[glace Ih]] (la glace ordinaire), [[glace VI]], [[glace VII]], [[glace IX]], [[glace XII]]{{etc.}} (formes de haute pression). Il existe également plusieurs types de [[glace amorphe]].
* plusieurs études ont suggéré l’existence, à l’interface eau-glace, d’une ''zone d’exclusion'' où l’eau serait dans un état intermédiaire, analogue aux [[cristal liquide|cristaux liquides]] et repérable par une [[bande d'absorption]] particulière dans le proche [[ultraviolet]]<ref>{{Article| langue=en| auteur=E. So| titre=Exclusion Zone As Intermediate Between Ice And Water| périodique=WIT Transactions on Ecology and the Environment| année=2011| volume=153| pages=3-11| doi=10.2495/WS110011}}.</ref>. Il semble toutefois probable qu’il ne s’agisse que d’un phénomène optique lié à la dynamique de flux d'ions associés à la transition de phase<ref>{{article| langue=en| titre=Exclusion zone water is associated with material that exhibits proton diffusion but not birefringent properties| auteur1=Peter D. Spencer| auteur2=James D. Riches| auteur3=Elizabeth D. Williams| périodique=[[Fluid Phase Equilibria]]| volume=466| date=25 juin 2018| pages=103-109| doi=10.1016/j.fluid.2018.03.020}}.</ref>.

L'explication physique du fait que l’eau solide soit moins dense que l’eau liquide vient de la structure cristalline de la glace, connue sous le nom de glace I{{ind|h}} (« h » pour hexagonale). L’eau, comme quelques (rares) matériaux, comme le [[silicium]], le [[gallium]], le [[germanium]], l’[[antimoine]], le [[bismuth]], et le [[plutonium]], se dilatent en passant de la forme liquide au solide ; la plupart des autres matériaux se contractent à la [[solidification]].

Il faut toutefois noter que toutes les formes de glace ne sont pas moins denses que l’eau liquide. Par exemple la glace [[Glace amorphe haute densité|HDA]] et la glace [[Very-high-density amorphous|VHDA]] sont toutes les deux plus denses que l’eau liquide pure. Dans ce cas, la raison pour laquelle la forme commune de la glace est moins dense est un peu moins intuitive, elle dépend fortement des propriétés intrinsèques peu communes des [[Liaison hydrogène|liaisons hydrogène]].

=== Indice de réfraction ===
[[Fichier:Eau transparente naturelle.JPG|vignette|Eau claire et transparente.]]

{| class="wikitable alternance"
|+ [[Indice de réfraction]] de l’eau en fonction<br />de sa température et de la<br />longueur d’onde de la lumière
|-
! scope="col" | Longueur d’onde<br />{{mvar|λ}} ({{nb|nm}})
! scope="col" | T = {{tmp|10|°C}}
! scope="col" | T = {{tmp|20|°C}}
! scope="col" | T = {{tmp|30|°C}}
|-
! scope="row" | 706,5
| {{nb|1,3307}} || {{nb|1,3300}} || {{nb|1,3290}}
|-
! scope="row" | 589,3
| {{nb|1,3337}} || {{nb|1,3330}} || {{nb|1,3319}}
|-
! scope="row" | 501,6
| {{nb|1,3371}} || {{nb|1,3364}} || {{nb|1,3353}}
|-
! scope="row" | 404,7
| {{nb|1,3435}} || {{nb|1,3427}} || {{nb|1,3417}}
|}

Tous les milieux [[transparence (physique)|transparents]] sont [[dispersion (mécanique ondulatoire)|dispersifs]], ce qui signifie que la [[vitesse de la lumière]] change avec sa [[longueur d'onde]] {{mvar|λ}}.
Plus précisément, dans la partie visible du [[spectre électromagnétique]] (approximativement {{nb|400 à 700 nm}}) l’indice de réfraction est généralement une fonction décroissante de la longueur d’onde : la lumière [[bleu]]e est plus déviée que le [[Rouge (couleur)|rouge]]. En outre, le taux de changement de l’indice de réfraction augmente lorsque la longueur d’onde diminue. L’indice de réfraction augmente habituellement avec la [[densité]] du milieu.

L’eau présente toutes ces caractéristiques.

Le tableau précédent montre les résultats de quelques mesures<ref>L. W. Tilton et J. K. Taylor, stand national de bureau de recherche de J., 20, 419 (RP1085), 1938.</ref> de l’indice de réfraction de l’eau par rapport à de l’air sec de même température {{mvar|T}} que l’eau et à la pression de une [[atmosphère (unité)|atmosphère]] ({{nb|760 mmHg}} ou {{nb|1013 hPa}}).

Pour convertir les valeurs sous forme de tableaux relatifs à l’indice du vide, il faut ajouter 4 à la quatrième position décimale.
Notons que l’indice de réfraction augmente lorsque la température de l’eau diminue.
Ces résultats sont conformes aux attentes, puisque la densité de l’eau liquide augmente lorsqu’elle se refroidit.
Cependant, si les mesures sont faites à de plus basses températures l’indice ne montre pas d’[[extremum]] à {{tmp|4|°C}}, bien que la densité de l’eau y soit maximale.

L’indice de réfraction est également une fonction de la [[pression]] de l’eau, mais la dépendance est faible en raison de l’incompressibilité relative de l’eau (comme tous les [[liquide]]s). En fait, sur les gammes normales des températures ({{tmp|0|30|°C}}), l’augmentation approximative de l’indice de réfraction est de {{nb|0.000016}} quand la pression de l’eau augmente d’une atmosphère.

Les facteurs les plus significatifs affectant l’indice de réfraction sont la longueur d’onde de la lumière et la salinité de l’eau. Néanmoins, l’indice de réfraction excède de moins de 1 % la gamme indiquée des valeurs de ces variables<ref>E. Dorsey, « Propriétés d’Eau-Substance ordinaire », {{lang|en|Reinhold Publishing Corporation}}, [[1940]].</ref>.

=== Propriétés quantiques ===
Un nouvel « [[état quantique]] » de l’eau a été observé alors que des chercheurs ont introduit des molécules d’eau dans un [[nanotube]] de carbone de {{nb|1,6 nm}} de diamètre et l'ont exposée à une diffusion de [[neutron]]s. Les protons des atomes d’hydrogène et d’oxygène possèdent alors une énergie supérieure à celle de l’eau libre, en raison d’un état quantique singulier. Ceci pourrait expliquer le caractère exceptionnellement conducteur de l’eau au travers des « canaux » qui traversent les membranes cellulaires biologiques<ref>''[[La Recherche (magazine)|La Recherche]]'', {{n°|451}}, avril 2011.</ref>.

== Chimie ==
=== Nature dipolaire ===
[[Fichier:Watermolecule.png|vignette|Dipôle de la molécule d’eau.]]

Une propriété très importante de l’eau est sa nature [[Polarité (chimie)|polaire]]. La [[molécule]] d’eau forme un angle de 104,45° au niveau de l’[[atome]] d’[[oxygène]] entre les deux liaisons avec les atomes d’[[hydrogène]]. Puisque l’oxygène a une [[électronégativité]] plus forte que l’hydrogène, l’atome d’oxygène a une [[charge partielle]] négative {{serif|δ}}{{exp|−}}, alors que les atomes d’hydrogène ont une charge partielle positive {{serif|δ}}{{exp|+}}. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un [[Dipôle électrostatique|dipôle]] (molécule polaire). Ainsi, l’eau a un moment dipolaire de {{nobr|1,83 [[Debye (unité)|debye]]}}. Cette polarité fait que les molécules d’eau s’attirent les unes les autres, le côté positif de l’une attirant le côté négatif d’une autre. Un tel lien électrique entre deux molécules s’appelle une [[liaison hydrogène]].

Cette polarisation permet aussi à la molécule d’eau de dissoudre les corps ioniques, en particulier les sels, en entourant chaque ion d’une coque de molécules d’eau par un phénomène de [[solvatation]].

Cette force d’attraction, relativement faible par rapport aux [[liaison covalente|liaisons covalentes]] de la molécule elle-même, explique certaines propriétés comme le [[point d'ébullition]] élevé (quantité d’énergie calorifique nécessaire pour briser les liaisons hydrogène), ainsi qu’une [[capacité thermique]] élevée.

À cause des liaisons hydrogène également, la [[densité]] de l’eau liquide est supérieure à la densité de la glace.

=== Autoprotolyse ===
L’eau se dissocie naturellement en ion [[oxonium]] {{fchim|H|3|O{{exp|+}}}} (aussi appelé hydronium) et ion [[hydroxyde]] OH{{exp|−}} :
{{retrait|1= 2 {{H2O}} = {{fchim|H|3|O{{exp|+}}}} + OH{{exp|−}}.}}

La réaction est dite d’autodissociation ou d’[[autoprotolyse]].

Dans cette réaction, l’eau joue à la fois le rôle d’[[acide]] et de [[Base (chimie)|base]] : comme acide, elle perd un [[proton]] H{{exp|+}} et devient l’ion hydroxyde OH{{exp|−}} ; comme base elle gagne un proton H{{exp|+}} et devient l’ion oxonium H{{sub|3}}O{{exp|+}}. On dit donc que c’est une espèce [[amphotère]] ou un [[ampholyte]].

La [[constante d'équilibre]] de cette réaction est très faible ({{nb|e-14}} à {{tmp|25|°C}}) ; le nombre d’ions oxonium et hydroxyde formés est donc très minoritaire devant le nombre de molécules d’eau.

Du fait de l’équilibre, à une température donnée, le produit des concentrations de ces ions est constant, égal à la [[constante de dissociation]]. À {{tmp|25|°C}}, il vaut :
{{retrait|1= [H{{sub|3}}O{{exp|+}}]·[OH{{exp|−}}] = {{nb|e-14}}.}}

Dans l’eau pure, les ions {{fchim|H|3|O{{exp|+}}}} et OH{{exp|−}} sont issus uniquement de l’autoprotolyse de l’eau, ils sont donc présents en concentrations égales, donc :
{{retrait|1= [{{fchim|H|3|O{{exp|+}}}}] = [OH{{exp|−}}] = {{nb|e-7 mol/l}} (à {{tmp|25|°C}}).}}

Le [[potentiel hydrogène|pH]] étant défini à partir de la concentration en ions oxonium (pH = −log{{sub|10}} [{{fchim|H|3|O{{exp|+}}}}]), à {{tmp|25|°C}}, le pH de l’eau pure vaut donc 7, il est dit neutre.

Cet équilibre acide/base est d’une importance capitale en [[chimie inorganique]] comme en [[chimie organique]].

=== Comme solvant ===
[[Image:Eau naturelle oxygènée.JPG|vignette|L’eau froide s’oxygène naturellement mieux, alors que l’eau tiède perd son oxygène et absorbe plus de {{fchim|C||O|2}}, en s’acidifiant.]]

Grâce à sa polarité, l’eau est un excellent [[solvant]]. Quand un composé ionique ou polaire pénètre dans l’eau, il est entouré de molécules d’eau. La relative petite taille de ces molécules d’eau fait que plusieurs d’entre elles entourent la molécule de soluté. Les dipôles négatifs de l’eau attirent les régions positivement chargées du soluté, et vice versa pour les dipôles positifs. L’eau fait un excellent écran aux interactions électriques (la [[permittivité]] électrique {{mvar|ε}}{{sub|e}} de l’eau vaut 78,5 à {{tmp|25|°C}}), il dissocie donc facilement les ions.

En général, les [[substance]]s ioniques et polaires comme les [[acide]]s, [[alcool (chimie)|alcools]], et [[sel (chimie)|sels]] se dissolvent facilement dans l’eau, et les substances non polaires comme les [[huile]]s et les [[lipide|graisses]] se dissolvent difficilement. Ces substances non polaires restent ensemble dans l’eau car il est énergétiquement plus facile pour les [[molécule]]s d’eau de former des liaisons hydrogène entre elles que de s’engager dans des [[force de van der Waals|interactions de van der Waals]] avec les molécules non polaires.

Un exemple de soluté ionique est le [[sel alimentaire|sel]] de cuisine alias [[chlorure de sodium]], NaCl, qui se sépare en [[cation]]s Na{{exp|+}} et [[anion]]s Cl{{exp|−}}, chacun entouré de molécules d’eau. Les ions sont alors facilement transportés loin de leur matrice cristalline. Un exemple de soluté non ionique est le [[saccharose|sucre de table]]. Les dipôles des molécules d’eau forment des liaisons hydrogène avec les régions dipolaires de la molécule de sucre.

Cette faculté de solvant de l’eau est vitale en [[biologie]], parce que certaines réactions biochimiques n’ont lieu qu’en solution (par exemple, réactions dans le [[cytoplasme]] ou le [[sang]]).<br />
C’est pourquoi, pour le moment, l’eau liquide est considérée comme indispensable à la vie et est activement recherchée sur les divers astres du système solaire, notamment sur [[Mars (planète)|Mars]] et [[Europe (lune)|Europe]], une lune de Jupiter.

=== Tension superficielle ===
Les liaisons hydrogène confèrent à l’eau une grande [[tension superficielle]] et une grande cohésion. Cela se voit quand de petites quantités d’eau sont posées sur une surface non poreuse et que l’eau reste ensemble sous forme de gouttes. Cette propriété qui se manifeste par la [[capillarité]] est utile dans le transport vertical de l’eau chez les végétaux (sève) et nuisible avec la remontée capillaire d’humidité dans les murs de maisons à partir du sol.

=== Conductivité ===
L’eau pure est un mauvais [[conducteur (physique)|conducteur]] d’électricité<ref name=maxicours/>. Mais puisque l’eau est un bon solvant, elle contient souvent une grande quantité de [[soluté]]s dissous, le plus souvent des ions. Si l’eau contient de telles impuretés, elle peut conduire l’électricité plus facilement. Le stator des très gros [[alternateur]]s est refroidi par circulation d’eau ''désionisée'' dans les conducteurs creux de l’enroulement. Malgré les différences de potentiel de plusieurs dizaines de milliers de volts entre le circuit de refroidissement et les conducteurs électriques, il n’y a pas de problèmes de fuite de courant. Voir [[conductivité électrique]] (mesure).

La pureté de l’eau peut être mesurée par sa résistance à un [[courant électrique]].

=== Décomposition (thermolyse et électrolyse) ===
[[Image:2006-01-14 Surface waves.jpg|vignette|Ondes de surface sur de l’eau : l’expansion d’une perturbation. On observe une perturbation réaliste (due à un bâton) et son expansion sous la forme d’ondes interférentes et grossièrement concentriques.]]

La première [[Histoire de la production d'hydrogène|décomposition]] de l’eau fut faite par [[Antoine Lavoisier|Lavoisier]], en faisant passer de la [[vapeur d'eau]] sur du [[fer]] chauffé au rouge ([[thermolyse (chimie)|thermolyse]])<ref>{{Ouvrage|prénom1=Jean C. |nom1=Baudet |titre=Histoire de la chimie |passage=113 |éditeur=De Boeck Supérieur |date=2017-04-17 |isbn=978-2-8073-0692-9 |lire en ligne=https://books.google.com/books?id=b7mVDgAAQBAJ&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA111&dq=D%C3%A9composition+de+l'eau+histoire&hl=fr |consulté le=2023-08-29}}.</ref>. Ce faisant, il établit que l’eau n’était pas un [[élément chimique|élément]] mais un corps chimique composé de plusieurs éléments.

La thermolyse (décomposition thermique) de l'eau pure produit du [[dioxygène]] et du [[dihydrogène]] :
{{retrait|1= 2 {{H2O}} → 2 {{H2}} + {{O2}}.}}

Elle requiert une température très élevée, de l'ordre de {{tmp|2000|°C}}, et n'est totale que vers {{tmp|5000|°C}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Xing L. |nom1=Yan |prénom2=Ryutaro |nom2=Hino 2 |titre=Nuclear Hydrogen Production Handbook |éditeur=[[CRC Press]] |série=Green Chemistry and Chemical Engineering |numéro dans collection=6 |année=2011 |pages totales=939 |passage=41}}.</ref>.

Il est plus aisé de décomposer l’eau par [[électrolyse de l'eau|électrolyse]]. Sous l’effet d’une tension appliquée entre deux électrodes plongées dans de l’eau, l’eau peut être décomposée en dihydrogène et dioxygène. Les molécules d’eau se dissocient naturellement en ions H{{sub|3}}O{{exp|+}} et OH{{exp|−}}, qui sont attirés par la [[cathode]] et l’[[anode]] respectivement, mais comme cette dissociation est faible, dans la pratique on a recours à des [[catalyseur]]s comme l’[[acide sulfurique]] ou l’[[hydroxyde de sodium]]. À l’anode, quatre ions OH{{exp|−}} se combinent pour former des molécules de dioxygène {{O2}}, deux molécules d’eau, et libérer quatre électrons. Les molécules de dioxygène ainsi produites s’échappent sous forme de bulles de gaz vers la surface, où elles peuvent être collectées. Dans le même temps, à la cathode, il y a une libération de deux molécules de dihydrogène {{H2}} avec utilisation de quatre électrons.

{{retrait|1= 4OH{{exp|−}} → {{O2}} + 2{{H2O}} + 4e{{exp|−}}}}

{{retrait|1= 4{{fchim|H|3|O{{exp|+}}}} + 4e{{exp|−}} → 2{{H2}} + 4{{H2O}}}}

== Production d'eau pure ==
{{article détaillé|Eau purifiée}}
L’eau pure est un excellent solvant et absorbe facilement les gaz qui entrent à son contact. Par conséquent, l’eau pure est pratiquement introuvable. Les laboratoires d’analyses ont néanmoins besoin de cette eau pure pour réaliser des analyses fiables. Ils vont donc faire appel, au cours du temps, à des techniques de purification de plus en plus sophistiquées.

Après l’[[eau distillée]], bidistillée, [[Eau déminéralisée|déminéralisée]], déionisée, la technique progresse vers une eau de plus en plus pure, donc coûteuse à produire et de plus en plus instable.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{autres projets| wikiversity=Eau| wikiversity titre=Eau}}

=== Bibliographie ===
* {{Article| langue=en| titre=The physics behind water irregularity|  auteur1=Chang Q. Sun | auteur2=Yongli Huang | auteur3=Xi Zhang | auteur4=Zengsheng Ma | auteur5=Biao Wang | périodique=[[Physics Reports]] | volume=998 | date=2 février 2023 | pages=1-68 | doi=10.1016/j.physrep.2022.11.001 | accès doi=libre | consulté le=22 janvier 2022}}
* {{Article| langue=en| titre=The structure of water: A historical perspective| auteur1= John L. Finney| périodique=[[The Journal of Chemical Physics]]| volume=160| numéro=6| numéro article=060901| date=14 février 2024| doi=10.1063/5.0182665| accès doi=libre| consulté le=22 février 2024}}

=== Articles connexes ===
{{colonnes| taille=20|
* [[Canular du monoxyde de dihydrogène]]
* [[Complexe (chimie)|Complexe]]
* [[Dimère d'eau]] et [[cluster d'eau]]
* [[Données physico-chimiques de l'eau]]
* [[Eau lourde]]
* [[Eau]], [[glace]] et [[vapeur d'eau]]
* [[Hydrate]]
* [[Liaison hydrogène]]
* [[Maximum de densité de l'eau]]
* [[Solvant]] et [[solution aqueuse]]
* [[Forme d'une goutte de pluie]]
* [[Goutte (physique)]]
}}

=== Liens externes ===
* {{en}} [http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html {{lang|en|''Water phase diagrams''}}]

{{Palette|Oxydes|Hydroxydes|Composés binaires de l'hydrogène}}
{{Portail|chimie|eau}}

[[Catégorie:Oxyde d'hydrogène]]
[[Catégorie:Hydroxyde]]
[[Catégorie:Chimie de l'eau]]
[[Catégorie:Solvant]]