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Électrolyseur

Électrolyseur

Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.

Principe

composés chimiques La matière à décomposer ou à transférer est dissoute dans un solvant approprié, ou fondue de sorte que ses ions constitutifs soient disponibles dans la solution.
- Un potentiel électrique est appliqué à travers une paire d'électrodes immergées dans cette solution.
- Le conducteur négatif est appelé la cathode et, le conducteur chargé positivement l'anode.
- Lors du passage d'un courant électrique continu, les électrodes attirent à elles les ions de charge opposée.

Application

Production de dihydrogène par électrolyse de l'eau

charge L'électrolyse peut être utilisée pour décomposer l'eau (H₂O) en dihydrogène (H₂) et en dioxygène (O₂). Réactions :
- Réaction à l'anode (Oxydation): :

\begin & \\ 2\,\mbox_2\mbox& \overrightarrow & \mbox_2 \mbox + 4\,\mbox^+\mbox + 4\,e^-\   \\\end

- Réaction à la cathode (Réduction): :

\begin & \\ 4\,\mbox_2\mbox + 4\,e^-\overrightarrow & 2\,\mbox_2 \mbox + 4\,\mbox^-\mbox \   \\\end

- Globalement, nous avons : :

\begin & \\ 2\,\mbox_2\mbox\overrightarrow & 2\,\mbox_2 \mbox + \mbox_2\mbox \   \\\end

Néanmoins, cette méthode n'est pas la plus efficace pour produire du dioxygène ou du dihydrogène industriellement. On préfère souvent extraire le dioxygène de l'air, et le dihydrogène par reformage du méthane :CH₄ (voir l'article dihydrogène).

Plaquage

La technique du plaquage par électrolyse consiste à recouvrir des objets d'une mince couche régulière d'un métal généralement précieux. Par exemple, une bague est plongée dans une solution de chlorure d'argent (Ag⁺ + Cl^-), relié à un générateur. Les ions d'argents vont se déposer sur l'anneau selon la réaction d'oxydo-réduction : Ag⁺_(aq) + e^- -> Ag_(s). On obtient ainsi un anneau plaqué argent. Plus généralement, les dérivés chimiques d'un métal donné peuvent être utilisés à des fins de placage avec ce dernier. Ainsi, on peut couvrir un objet métallique de cuivre avec le bain de sulfate de cuivre qu'on utilise d'ordinaire pour traiter la vigne. On peut tester avec l'expérience suivante avec:
- une source de courant continu réglable, capable de délivrer de 1 à 10 Ampères.
- un récipient pour le bain (ne doit pas être métallique). La cathode (-) est relié à la pièce à plaquer, l'anode (+) est reliée à un morceau de cuivre qui servira à alimenter le placage. Les deux électrodes sont plongées dans le bain, à quelques centimètres l'une de l'autre, puis on fait passer le courant autant de temps que nécessaire. facteurs favorisant le phénomène :
- Concentration du bain : Plus le bain est concentré, mieux ça marche.
- Surface de la pièce à plaquer : plus la surface de la pièce est grande, plus l'intensité électrique doir être élevée.
- La vitesse du dépôt : elle est proportionnelle à la quantité de courant traversant la pièce à plaquer.

Fondateurs

Les scientifiques pionners de l'électrolyse sont :
- Dr Charles Eugene Michel, ophtalmologiste américain, a eu l'idée en 1875 d'insérer une fine aiguille chargée de courant galvanique dans les follicules pileux chez un de ses patient, à des fins d'épilation.
- Professeur Paul M. Kree, technicien et inventeur, a mis sur pied en 1916 le type d'appareil à multiples aiguilles.
- Van Zeynik fut en 1899 le premier à observer que les tissus organiques peuvent être chauffés par un courant de haute fréquence.
- Svante Arrhenius
- Adolph Wilhelm Hermann Kolbe Electrolyse Catégorie:Électrotechnique ja:電気分解 ko:전기분해

Composé chimique

Un composé chimique est un assemblage de plusieurs types d'atomes ou éléments chimiques simples.

Exemples de composés chimiques

- Les molécules
- Les alliages

Voir aussi

- Liste de composés chimiques faisant l'objet d'un article
- corps pur
- Les composés de la chimie organique Catégorie:Composé chimique ja:化合物 ko:화합물 simple:Chemical compound th:สารประกอบเคมี

Solvant

Un solvant est un liquide qui a la propriété de dissoudre et de diluer d'autres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. L'eau est le solvant le plus courant.

Généralités

Le terme solvant organique se réfère aux solvants qui sont des composés organiques et contiennent des atomes de carbone. Habituellement, les solvants ont une température de fusion faible et s'évaporent facilement. Ils ne réagissent pas chimiquement avec le composé dissout : ils sont inertes. Les solvants peuvent aussi être utilisés pour extraire les composés solubles d'un mélange, l'exemple le plus commun étant l'infusion de thé dans de l'eau chaude. Les solvants sont souvent des liquides transparents avec une odeur caractéristique. La concentration d'une solution est la quantité de composé dissous dans un certain volume de solvant. Pour les solutions liquides (phase uniforme liquide contenant plusieurs espèces chimiques), si l'une des espèces est très largement majoritaire (au moins un facteur 100) on l'appelle le solvant. C'est le cas de l'eau pour les solutions aqueuses (par exemple une solution aqueuse de sulfate de cuivre : l'eau est le solvant et les ions sulfate et cuivre(II) les solutés). En règle générale, les atomes ou molécules de même nature s'assemblent pour former un liquide ou un solide (un cristal ou un solide amorphe). Dans le cas d'une solution, le solvant empêche les atomes ou molécules de s'assembler, il les disperse. Dans le cas de l'eau, cela se produit selon deux phénomènes :
- une diminution des interaction électriques (forces de Van der Waals) : l'eau a une permittivité électrique d'environ 80, ce qui signifie qu'elle divise les forces de Coulomb par quatre-vingt ;
- une solvatation (pour l'eau une hydratation) : si les molécules du solvant sont polaires, elles peuvent entourer les espèces dissoutes et former un « bouclier ».

Types de solvants

On distingue 3 types de solvants:
- Les solvants apolaires: possédant un moment dipolaire permanent nul. Par exemple, le benzène, les hydrocarbures: alcanes ramifiés ou en ligne, alcanes cycliques, alcènes , etc.
- Les solvants protiques: possèdant un ou plusieurs atomes d'hydrogène succeptibles de former des liaisons hydrogènes. Par exemple, l'eau, le méthanol, l'éthanol, etc.
- Les solvants polaires aprotiques: possèdant un moment dipolaire non nul et dénué d'atomes d'hydrogènes succeptibles de former des liaisons hydrogènes. Par exemple, l'acétonitrile (CH₃CN), le diméthylesulfoxyde (DMSO, (CH₃)₂SO), le tetrahydrofurane (THF, C₄H₄O), etc.

Dissolution acide

La dissolution peut se faire par réaction chimique entre des espèces du solvant (en général des ions) et le solide. Le cas le plus fréquent est celui de la dissolution par un acide : les protons H⁺ (ou dans l'eau, les ions oxonium ou hydronium H₃O⁺) provoquent une oxydation du solide :2M + 2H⁺ → M⁺ + H₂ (l'atome de solide M cède un électron à l'ion H⁺ qui peut alors former une molécule de dihydrogène), l'ion M⁺ étant alors soluble dans le solvant.

Dissolution dans un verre

À haute température (au-delà de 2 000 °C), le verre (silice ou oxyde de silicium SiO₂) est liquide. On peut donc y dissoudre un certain nombre de produits qui sont, eux, solides à cette température. On peut aussi dissoudre les solides dans d'autres types de verre, comme par exemple le métaborate de lithium ou le tétraborate de lithium, utilisés pour diluer les matériaux à analyser en spectrométrie de fluorescence X (technique de préparation dite de la « perle fondue »). Bien qu'ayant lieu à haute température et avec un solvant différent, le principe est similaire à la dissolution dans l'eau (dispêrsionl solvatation, dissolution acide).

Les solvants ioniques

Alors que la plupart des solvants sont de natures moléculaires (formés d'une seule espèce neutre), il existe une nouvelle classe de solvants, appelés liquides ioniques, constitués d'anions et de cations. Les liquides ioniques sont des sels fondus possédant un point de fusion inférieur à 100°C et une tension de vapeur quasiment nulle (ils sont non-volatiles). Ils constituent une alternative de plus en plus sérieuse aux solvants moléculaires classiques et sont d'ores et déjà très utilisés en électrochimie. De nombreuses recherches actuelles s'interessent à leur utilisation pour la séparation des métaux radioactifs et pourraient aboutir à des solutions particuliairement écologiques pour le retraitement des déchets nucléaires.

Exemples de solvants

L'eau est le solvant le plus connu. Les différents types de solvants :
- Les hydrocarbures aromatiques : benzène...
- Les solvants pétroliers : alcanes, alcènes
- Les alcools : éthanol
- Les cétones : acétone
- Les esters
- Les éthers : éther... mais aussi les éthers de glycol
- Les hydrocarbures halogénés (chlorés, bromés ou fluorés) : perchloroéthylène, trichloréthylène, dichlorométhane, tétrachlorure de carbone (nocifs pour la couche d'ozone).

Utilisations

Les solvants servent souvent de diluants, par exemple en peinture. Certains solvants servent de dégraissants, comme par exemple le perchloroéthylène qui est utilisé pour le nettoyage à sec

Dangers des solvants

De nombreux solvants présentent des risques pour la santé, ce qui est d'autant plus inquiétant qu'en 2003 14,7% de la population salariée était exposée à des solvants (contre 12,3% en 1994; études INRS); il n'est pas nécessaire de travailler dans une usine chimique pour y être exposé: c'est aussi le cas des peintres, de la plasturgie, de l'imprimerie, du nettoyage, du funéraire, de la blanchisserie, etc. Plusieurs types d'éthers de glycol ont été ainsi mis en cause dans des cas de cancers graves; neuf ont été classés "reprotoxiques" (dangereux pour les foetus des femmes enceintes). Enfin, de nombreux composés chimiques ont fait l'objet d'études faibles avant leur mise sur le marché et leurs effets et risques réels sont mal connus. D'où les passions autour du projet européen Reach qui pourrait obliger les industriels a tester mieux plus de produits, et l'importance du travail des CHSCT sur ces questions dans le cadre du travail. L'air des habitations peut aussi receler de nombreux solvants (issus des colles, de la peinture, voire des produits d'entretien), d'où la recommandation d'aérer chaque pièce au moins 10 minutes chaque jour.

Voir aussi

- Solution aqueuse
- ko:용매 ja:溶媒

Ion

Définition

Un ion (du grec iôn : «qui va») est un atome, un groupe d'atomes ou une molécule qui a gagné ou perdu des charges négatives (des électrons).

Ionisation de la matière condensée

Au contact d'un solvant polaire, comme l'eau, les composés ioniques liquides, tel l'acide sulfurique, ou solides, telle la potasse (hydroxyde de potassium) ou le sel (chlorure de sodium), se dissocient en ions au cours d'un processus appelé solvatation. Par exemple, la molécule de chlorure de sodium (NaCl) se dissocie en ions Na⁺ et Cl^–. L'ion Na⁺ est appelé cation car il est attiré par la cathode (électrode négative) lors d'une électrolyse et l'ion Cl^– est un anion qui est, lui, attiré par l'anode (électrode positive). Le symbole Na⁺ signifie que l'atome de sodium (Na, abréviation de natrium) a perdu un électron et possède donc une charge positive tandis que le symbole Cl^– signifie que l'atome de chlore a gagné un électron et possède donc une charge électrique négative. La mesure de la conductivité électrique d'une solution (conductimétrie) permet d'estimer sa teneur globale en ions. L'eau des océans, qui constituent la plus importante réserve hydrique de la Terre, est riche en ions :

Ionisation des gaz

Seules les molécules polaires, tels l'ammoniac ou le dioxyde de carbone, sont facilement ionisées dans l'eau. Les faibles concentrations constatées dans les eaux naturelles ne résultent que de la faible teneur de ces gaz dans l'atmosphère (loi de Henry). L'ionisation des gaz peut toutefois être réalisée grâce à :
- une température très élevée : :La chaleur — typiquement plus de 10000 K — apporte l'énergie nécessaire à cette ionisation et produit un plasma, gaz partiellement ou complètement ionisé. Constitué d'un mélange d'ions, chargés positivement, et d'électrons, négatifs, le plasma est dans son ensemble électriquement neutre. Le Soleil est un plasma.
- un rayonnement électromagnétique : :L'ionisation radiative se produit sous l'action d'un rayonnement de courte longueur d'onde, dit ionisant, tels les rayons UV ou les rayons X : les gaz de la haute atmosphère, l'ionosphère, ionisés par le rayonnement solaire, participent à la formation de couches réfléchissant les ondes radio sur ondes courtes.
- un champ électrique intense : :La torche à plasma, encore appelée ICP (spectrométrie d'émission à couplage inductif), est une technique qui utilise un plasma, généré grâce à un intense champ électrique, pour vaporiser et ioniser les composés à analyser. Les éclairs sont un autre exemple d'ionisation électrique.
- un faisceau de particules : :Les collisions entre les molécules gazeuses de l'ionosphère avec les particules solaires de haute énergie peuvent générer des aurores polaires.
- ja:イオン ko:이온 ms:Ion simple:Ion

Potentiel électrique

ko:전위 ja:電位 catégorie:électromagnétisme Catégorie:Quantité physique

Généralités

Le potentiel électrique est l'une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace. Son unité est le volt . On observe un courant d'eau dans une rivière:
C'est la différence d'altitude entre deux points du lit de la rivière : :

G(a,b)=Z(a)-Z(b) \,

qui fait qu'un courant existe entre ces deux points. L'altitude Z est un potentiel gravitationnel (on connaît l'énergie potentielle liée à l'altitude). D'où l'analogie entre la dénivellation géographique et la différence de potentiel électrique appelée également tension et notée U. La différence de potentiel ou tension est une valeur algébrique pouvant être positive, négative ou nulle. On la représente sur les schémas électriques par une flèche allant d'un point B vers un point A lorsqu'on veut représenter le potentiel du point A par rapport à celui du point B.

U(a,b)=V(a)-V(b) \,

. Sa mesure s'effectue en physique comme en biologie grâce à un voltmètre ou d'un oscilloscope qui sont toujours placés en dérivation ou parallèle, par rapport au circuit ou à l'objet bipolaire à mesurer. Le potentiel est toujours défini à une constante près. En électricité il est fréquent que l'on prenne comme référence des potentiels (le potentiel qui sert de zéro) le potentiel de la terre (que l'on abrège par terre) mais cela n'est pas une obligation. Quel que soit le choix opéré, le point de référence dans le circuit dont le potentiel est fixé à 0 volt et il est appelé point froid. Selon les dispositifs il peut être relié soit à la masse (carcasse métallique du dispositif), soit à la terre, soit au deux. Pour des explications plus pratiques concernant la notion de potentiel électrique, on se référera à l'article tension.

Formules

Le potentiel électrique en un point de l'espace est un concept du domaine de l'électricité. Il est défini à partir de la distribution des charges électriques dans l'espace à l'aide de l'application de la formule de Coulomb à une distribution volumique de charge et en utilisant le principe de superposition : :

V_1(x_2,y_2,z_2) = \frac\int \int\int\frac dx_1dy_1dz_1

où :

\vec_= \vec_2-\vec_1

et où

\rho \,

est la densité de charge en 1 (autour du point 1 il y a une charge

\rho dx_1dy_1dz_1 \,

dans le volume

dv = dx_1dy_1dz_1 \,

) Le champ électrique qui dérive de ce potentiel est alors donné par la formule suivante : :

\vec_1(x_2,y_2,z_2) = \frac\int \int\int\frac dx_1dy_1dz_1

Inversement, la connaissance du champ électrique en un point permet le calcul du potentiel dont il découle : :

V = - \int_s \vec \cdot \vec

où

V \,

est le potentiel électrique, et

dl \,

est l'élément d'intégration. :

\mathbf = -\vecV = -\frac  \vec-\frac  \vec-\frac  \vec

Cas particulier

Le potentiel électrique crée par une charge ponctuelle dans l'espace qui l'environne est : :

V = \frac

où q est la charge ponctuelle, r est le vecteur de position du point où l'on calcule le champs et r_q est le vecteur position de la charge pontuelle. Comme mathématiquement : :

\vec(\frac) =\vec\nabla (\frac) = -\frac \;

On retrouve pour une distribution de charges quelconques : :

\phi V  =\frac  \int  \frac  d\,V

où

\rho \,

est la densité de charge en fonction de la position et r est la distance de l'élément de volume dV. Noter que V est un scalaire . Voir aussi : Tension

Cathode

La cathode est l'électrode négative (-) dans une pile électrique, un tube électronique, une diode à jonction ou un électrolyseur. Par sa polarité négative elle attire les ions positifs (cations). En revanche, il s'agit du pôle (+) dans le cas d'un électrolyseur,

Tubes électroniques

Dans un tube électronique (lampe radio) les électrons circulent de la cathode vers l'anode. Ils sont émis par la cathode grâce à l'effet thermoïonique. Celle-ci est constituée d'un petit tube de nickel revêtu d'oxyde de baryum et de strontium, matériaux qui favorisent l'émission d'électrons à des températures inférieures à 1000°C. La cathode est chauffée par le filament en tungstène isolé par un revêtement réfractaire glissé à l'intérieur du petit tube. On dit que la cathode est à chauffage indirect. Autrefois les tubes étaient à chauffage direct, c'est-à-dire que la cathode et le filament ne faisait qu'un. Le filament était en tungstène thorié et devait être chauffé à des températures proches de 1500°C. Les rayons cathodiques sont un flux d'électrons émis par une cathode placée dans un tube renfermant un gaz à très faible pression et accélérés par un champ électrique. C'est l'étude des rayons cathodiques dans les années 1890 qui a permis la découverte de l'électron. Le tube cathodique ou « tube à rayons cathodiques » est un tube électronique traversé par un faisceau d'électrons émis par une cathode à chauffage indirect et venant frapper un écran électroluminescent. La presque totalité des téléviseurs et une grande partie des écrans d'ordinateurs sont équipés de tubes cathodiques.

Semi-conducteurs

Semi-conducteur Pour une diode à jonction PN, la cathode correspond à la région dopée N. Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Électronique Catégorie:Diode ja:カソード

Anode

L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la consommation d'électrons) .
- Il s'agit du pôle (+) dans une pile électrique, une diode à jonction
- En revanche, il s'agit du pôle (-) dans le cas d'un électrolyseur, comme dans le cas d'un tube électronique. Catégorie:Électricité Catégorie:Composant électronique Catégorie:Diode Catégorie:électrochimie catégorie:chimie générale ja:アノード

Charge électrique

catégorie:électromagnétisme catégorie:propriété chimique Catégorie:Quantité physique La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation. C'est une notion abstraite, comparable à celle de masse, qui permet d'expliquer certains comportements. Contrairement à la masse, la charge électrique peut prendre deux formes, que l'expérience amène à considérer comme « opposées »; on les qualifie arbitrairement de positive et négative. Deux charges de même nature, deux charges positives par exemple, se repoussent, alors que deux charges de nature opposée s'attirent. On appelle ce phénomène interaction électromagnétique. L'interaction entre les charges et un champ électromagnétique est la source d'une des quatre forces fondamentales. Ces champs électromagnétiques, en mécanique classique, obéissent aux équations de Maxwell. La charge électrique peut être directement mesurée avec un électromètre. Son unité est le coulomb. Les particules observées possèdent des charges qui sont des multiples entier de la charge élémentaire qui est une constante physique fondamentale. Les quarks sont supposés avoir des charges qui sont des multiples du tiers de la charge fondamentale, mais ces particules ne sont pas observables. La nature discrète de la charge électrique a été démontrée par Robert Millikan dans l'expérience de Millikan (expérience sur les gouttes d'huile).

Histoire

La charge électrique a été découverte par les anciens Grecs qui ont constaté que le frottement de la fourrure sur diverses substances, telles que l'ambre, produisait un déséquilibre de charge électrique (phénomène triboélectrique). Les Grecs notèrent que des boutons en ambre chargés pouvaient attirer des objets légers tels que des cheveux. Ils notèrent également que s'ils frottaient l'ambre assez longtemps, ils pouvaient même obtenir une étincelle. Le mot électricité dérive de ηλεκτρον, le mot grec pour ambre. Au , l'étude de l'électricité était devenue populaire. On réalisait dans la bonne société des expériences d'électrostatiques au cours desquelles, à l'aide de dispositifs jouant le rôle de condensateurs telle la bouteille de Leyde, on atteignait des tensions suffisamment élevées pour provoquer des commotions. A cette époque, on imaginait qu'il existait deux sortes d'électricité : l'électricité vitreuse et l'électricité résineuse correspondant aux deux types de comportement de la matière lors d'une électrisation par frottement. Benjamin Franklin imagina l'électricité comme étant un type de fluide invisible présent dans toute la matière. Il a posé en principe que le frottement de surfaces isolantes faisait changer ce fluide d'endroit et qu'un écoulement de ce fluide constitue un courant électrique. Il a également posé en principe que quand la matière contenait trop peu de ce fluide elle était négativement chargée et quand il était excédentaire, la matière était positivement chargée. Arbitrairement, en tout cas pour une raison qui nous est inconnue, il identifia le terme positif avec le type de charge acquis par une tige de verre frottée sur de la soie, et négatif avec celui acquis par une tige en ambre frottée avec de la fourrure.

Convention et réalités

Nous savons maintenant que le modèle de Franklin était trop simple. La matière se compose réellement de deux genres d'électricité: les particules appelées protons qui portent une charge électrique positive et, les particules appelées électrons qui portent eux une charge électrique négative.
Le courant électrique peut avoir différentes causes : un écoulement de particules négatives ou un écoulement de particules positives ou un écoulement de particules négatives et positives dans des directions opposées.
Pour réduire cette complexité, les électriciens emploient toujours la convention de Franklin et, imaginent le courant électrique, connu sous le nom de courant conventionnel, comme constitué d'un écoulement de particules exclusivement positives.
Le courant conventionnel simplifie les concepts et les calculs, mais masque le fait que dans quelques conducteurs (électrolytes, semi-conducteurs, et plasma) les deux types de charges électriques se déplacent dans des directions opposées, ou que dans les métaux les charges négatives sont quasi exclusivement responsables de la circulation du courant. Ces dernier paramètres sont l'affaire des scientifiques de recherche sur le sujets et, des [(ingénieur]]s de conception en électrotechnique et électronique.

Propriétés

Hormis les propriétés décrites en articles concernant l'électromagnétisme, il vaut la peine de noter que la charge est un invariant de la théorie de la relativité. Ceci veut dire que pour n'importe quelle particule de charge q, quelle que soit sa vitesse, gardera toujours sa charge q.

Voir aussi

Tribologie - Contacts localisés ja:電荷 ko:전하

Eau

L'eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxide d'hydrogène ou acide hydroxique) est un composé chimique simple. Sa formule chimique est H₂O, c'est-à-dire que chaque molécule d'eau se compose d'un atome d'oxygène entre deux atomes d'hydrogène. L'eau lourde est un composé formé d'un atome d'oxygène et de deux atomes de deutérium, qui est un isotope de l'hydrogène (oxyde de deutérium, D₂O). À pression ambiante, l'eau est gazeuse au-dessus de 100 °C, solide en dessous de 0 °C, et liquide dans les conditions ambiantes de température et de pression. C'est là une particularité essentielle : les autres composés proches ou apparentés, (sulfure d'hydrogène, ammoniac, et méthane par exemple), sont tous gazeux à des températures bien plus basses. L'eau se trouve presque partout sur la Terre et est un composé essentiel pour tous les organismes vivants connus. Ainsi, et par construction des êtres vivants, l'eau est pour eux (sauf exception très notable) incolore, insipide, inodore, etc. Près de 70 % de la surface de la Terre est recouverte d'eau, essentiellement sous forme d'océans. Une étendue d'eau peut être un océan, une mer, un lac, un étang, un fleuve, une rivière, un ruisseau, un canal (voir Les ressources en eau sur Terre pour plus de détails). La circulation de l'eau au sein des différents compartiments terrestres est décrite par son cycle biogéochimique.

Étymologie

Du latin aqua ([http://hera.crdp.ac-aix-marseille.fr/journal/mediter1/etymol.htm plus de détails...]).

Origine de l'eau

Articles détaillés : Origine de l'eau sur la Terre et Origine de la molécule d'eau. Selon la conception actuelle,
- L'hydrogène est produit très tôt dans l'histoire de l'univers, c'est le premier atome formé (Cf. big bang)
- L'oxygène est le produit un peu plus tardif de réaction de fusion thermonucléaire au sein de certaines étoiles.
- Ces deux atomes se combinent assez facilement pour former l'eau.
- Lorsque la terre s'est formée, l'eau était une des molécules présente en quantité importante (comme dans les météorites)

Physique de l'eau

météorite L'état solide de l'eau est la glace ; l'état gazeux est la vapeur (d'eau). L'état de l'eau dépend des conditions de pression P et de température T. Il existe une situation unique (P,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 lorsque
- la température vaut 273,16 K (0,01 °C) et
- la pression 611,2 Pa. Les unités de température (anciennement les degrés Celsius, maintenant les kelvins) sont définis grâce à ce point triple de l'eau. La vélocité du son dans l'eau est de 1 500 m/s dans les conditions ambiantes de température et de pression. La masse de 1 cm³ d'eau à la température de 4 °C est sensiblement de 1 g. Par approximation, on prend pour masse volumique de l'eau dans les conditions normales la valeur de 1 000 kg/m³, une tonne par mètre cube soit un kilogramme par litre. La chaleur massique de l'eau est de 4186 J/(kg·K) dans les conditions ambiantes de température et de pression. L'eau était utilisée comme étalon de chaleur dans d'anciens systèmes d'unité : la calorie (et la frigorie) quantifiait la chaleur à apporter (resp. soustraire) pour augmenter (resp. réduire) d'un degré Celsius la température d'un gramme d'eau : soit 4,185 joules. Les chimistes se réfèrent parfois en blaguant à l'eau avec un nom savant (et justifié) comme du monoxyde de dihydrogène dans des parodies de recherche scientifique sérieuse qui présentent ce produit comme mortellement dangereux et à bannir. Tableau 1:

Chimie de l'eau

La nature dipolaire de l'eau

parodie Une propriété très importante de l'eau est sa nature polaire. La molécule d'eau forme un angle au niveau de l'atome d'oxygène entre les deux atomes d'hydrogène. Puisque l'oxygène a une électronégativité plus forte que l'hydrogène, le côté de la molécule d'eau où se trouve l'atome d'oxygène est chargé négativement, par comparaison avec le côté hydrogène. Une molécule avec une telle différence de charge est appelée un dipôle (molécule polaire). Cette différence de charge 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 un pont hydrogène ou liaison hydrogène. Cette force d'attraction, relativement faible par rapport aux liaisons chimiques covalentes de la molécule elle-même, est à la source de propriétés comme un point d'ébullition élevé (quantité d'énergie calorifique nécessaire pour briser les ponts hydrogènes), ainsi qu'une chaleur spécifique élevée. Du fait des ponts hydrogènes également, la densité de l'eau liquide est supérieure à la densité de la glace (état où l'eau est cristallisée). De ce fait, en hiver la glace qui se forme à la surface d'un étang y reste et protège du gel l'eau située plus bas, ce qui permet aux poissons et autres êtres vivants d'y survivre. L'eau atteint sa plus haute densité à la température de 4 °C, qui est ainsi la température qu'on trouve typiquement au fond d'un étang gelé. Un autre conséquence est que la glace fond quand suffisamment de pression lui est appliquée.

Équilibre acide/base

L'eau se dissocie naturellement en ion oxonium (ou hydronium) H₃O⁺ et ion hydroxyde OH^- :2H₂O = H₃O⁺ + OH^-. Du fait de l'équilibre, à une température donnée, le produit entre des concentrations de ces ions, ou « produit de dissociation », est constant : à 25 °C, il vaut :[H₃O⁺].[OH^-] = 10^-14 uSI Les ions oxonium et hydroxyde sont très réactifs, ils peuvent attaquer d'autres matériaux, les dissoudre. On définit l'acidité grâce à la concentration en ion oxonium, par le pH :pH = -log₁₀[H₃O⁺] À 25 °C, le pH de l'eau pure vaut 7, il est dit neutre. L'ajout de certains produits dits « acides » va déplacer l'équilibre de dissociation de l'eau et abaisser le pH (augmentation du nombre d'ions oxonium) ; à l'inverse, l'ajout de certains produits dits « bases » va déséquilibrer la réaction dans l'autre sens, favoriser la présence d'ions hydroxyde et augmenter le pH. On note que l'eau peut capturer un proton ou en libérer un, c'est donc un amphotère, c'est-à-dire à la fois un acide et une base. Cet équilibre acide/base est d'une importante capitale en chimie minérale comme en chimie organique.

L'eau comme solvant

chimie organique 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 dipoles négatifs de l'eau attirent les régions positivement chargées du soluté, et vice versa pour les dipoles positifs. L'eau fait un excellent écran aux interactions électriques (la permittivité électrique ε_e de l'eau est de 78,5 à 25 °C), il dissocie donc facilement les ions. En général, les substances ioniques et polaires comme les acides, alcools, et sels se dissolvent facilement dans l'eau, et les substances non-polaires comme les huiles et les graisses se dissolvent difficilement. Ces substances non-polaires restent ensemble dans l'eau car il est énergétiquement plus facile pour les molécules d'eau de former des ponts hydrogène entre elles que de s'engager dans des interactions de van der Waals avec les molécules non polaires. Un exemple de soluté ionique est le sel de cuisine alias chlorure de sodium, NaCl, qui se sépare en cations Na⁺ et anions Cl^-, chacun entourés de molécules d'eau. Les ions sont alors facilement transportés loin de leur matrice cristalline. Un exemple de soluté non-ionique est le sucre de table. Les dipoles des molécules d'eau forment des ponts hydrogène avec les régions dipolaire de la molécule de sucre, et celle-ci est ainsi extraite vers l'eau liquide. 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.)

Tension superficielle

Les ponts 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 soluble et que l'eau reste ensemble sous forme de gouttes. Cette propriété est utile dans le transport vertical de l'eau chez les végétaux.

Conductivité

L'eau pure est en réalité un isolant, qui conduit mal l'électricité. Mais puisque l'eau est un si bon solvant, elle contient souvent une bonne quantité de soluté dissous, le plus souvent des sels. Si l'eau contient de telles impuretés, elle peut conduire l'électricité facilement. Le stator des très gros alternateurs 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).

Décomposition de l'eau (thermolyse et électrolyse)

La première décomposition de l'eau fût faite par Lavoisier, en faisant passer de la vapeur d'eau sur du fer chauffé au rouge (thermolyse). Ce faisant, il établis que l'eau n'état pas un élément mais un corps chimique composé de plusieurs éléments. La thermolyse de l'eau commence à devenir significative vers 750 °C, et elle est totale vers 3 000 °C. La réaction produit du dioxygène et du dihydrogène : 2H₂O ↔ 2H₂ + O₂ L'autre manière de décomposer l'eau est l'électrolyse. Sous l'effet d'un courant qui la traverse, l'eau peut être divisée en dihydrogène et dioxygène. Les molécules d'eau se dissocient naturellement en ions H₃O⁺ et OH^-, qui sont attirés par la cathode et l'anode respectivement. À l'anode, quatre ions OH^- 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 forment de bulles de gaz vers la surface, où elles peuvent être collectées. À la cathode, il y a une libération de molécule de dihydrogène H₂ : 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e^- : 2H₃O⁺ + 2e^- → H₂ + 2H₂O

Indice de réfraction de l'eau

dihydrogène L'indice de réfraction n d'un milieu transparent est une mesure de sa capacité de changer la direction de propagation d'un rayon de lumière le traversant. Si la lumière devait voyager dans l'espace vide puis pénétrer une surface planaire de l'eau, les angles d'incidence mesurés et la réfraction pourraient être substitués dans la loi de Snell-Descartes (voir Réfraction) pour calculer l'indice de réfraction de l'eau relativement au vide. Cet indice ne dépendrait que de l'état physique de l'eau (solide, liquide ou gazeux). Mais, dans la pratique, il est plus simple d'entreprendre des expériences en utilisant une interface ou dioptre air-eau pour obtenir l'indice de réfraction de l'air relatif à l'eau, et puis pour le convertir de l'air en vide en appliquant les corrections appropriées. Le résultat, qui est toujours plus grand que 1, est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans l'eau : la lumière voyage plus lentement dans l'eau que dans un vide (ou dans l'air). Tous les milieux transparents sont dispersifs, ce qui signifie que la vitesse de la lumière change avec sa longueur d'onde λ. Plus précisément, dans la partie visible du spectre électromagnétique (approximativement 400 à 700 nanomètres) l'indice de réfraction est généralement une fonction décroissante de longueur d'onde : la lumière violette est plus déviée que le rouge. En outre, le taux de changement de l'indice de réfraction augmente également tandis que la longueur d'onde diminue. L'indice de réfraction augmente habituellement avec la densité du milieu. L'eau présente toutes ces caractéristiques. Le tableau 1 montre les résultats de quelques mesures (Tilton et Tailor) de l'indice de réfraction de l'eau, n(λ), en ce qui concerne l'air sec ayant la même température T que l'eau et à une pression de une atmosphère (760 mmHg). Tableau 1 : Pour convertir les valeurs sous forme de tableaux relatifs à l'indice du vide , ajoutez 4 à la quatrième position décimale. Notez que le n(λ) augmente pendant que la température de l'eau diminue. Ces résultats sont conformes ax attentes, puisque la densité de l'eau augmente lorsqu'elle se refroidit. Il est intéressant, cependant, que si les mesures sont faites à de plus basses températures l'indice ne montre pas d'extremum à 4 °C, malgré le fait que la densité de l'eau soit maximale à cette température (ce qui explique que les fonds marins soient à cette température de 4 °C). L'eau de mer contient des impuretés dissoutes, principalement sous forme de sels dissociés de sodium, de magnésium, de calcium, et de potassium. Sa densité, et par conséquent n(λ), dépendent donc de sa salinité , d'une quantité habituellement exprimée comme des grammes de sels dissous en kilogramme d'eau de mer (g/kg), ou des parties par mille en poids. Le tableau 2 (pris de Dorsey) montre comment le n(λ) augmente avec la salinité pour les D-lignes de sodium (moyenne : 5 893 angströms = 5 89,3 nm) à 18 °C. Tableau 2 : L'indice de réfraction est également une fonction de la pression de l'eau, mais la dépendance est tout à fait faible en raison de l'incompressibilité relative de l'eau (comme tous les liquides). En fait, sur les gammes normales des températures (0-30 °C), l'augmentation approximative du n(λ) est 0,000016 quand la pression de l'eau augmente d'une atmosphère. Clairement, les facteurs les plus significatifs affectant le n(λ) sont la longueur d'onde de la lumière et la salinité de l'eau. Néanmoins, le n(λ) excède de moins de 1% la gamme indiquée des valeurs de ces variables. ; Références
- L. W. Tilton et J. K. Taylor, stand national de bureau de recherche de J., 20, 419 (RP1085) 1938.
- E. Dorsey, « propriétés d'Eau-Substance ordinaire », (Reinhold Publishing Corporation 1940).

Purification de l'eau

Voir aussi : Épuration des eaux. De l'eau pure ou relativement pure est nécessaire à beaucoup d'applications industrielles et à la consommation humaine. Les humains ont besoin d'eau sans trop de sels et autres impuretés, comme des produits toxiques ou de bactéries pathogènes. pathogène Voici sept méthodes courantes pour purifier l'eau : #Filtration : l'eau est passée à travers un filtre qui intercepte les petites particules. Plus petites sont les mailles du filtre, plus petite doit être une particule pour passer. La filtration n'est pas suffisante, mais est souvent nécessaire comme étape préparatoire, pour empêcher les plus grosses particules d'interférer avec les méthodes de purification plus avancées. On distingue la filtration (quelques micromètres), de la microfiltration (de 1 à 0,1 micromètre) de l'ultrafiltration (jusqu'à 0,0001 micromètre). L'ultrafiltration permet d'obtenir une eau purifiée au niveau particulaire, bactérien et pyrogénique. #Ébullition : l'eau est maintenue à ébullition un temps suffisamment long pour inactiver ou tuer les microorganismes qui vivent dans l'eau à température ambiante. L'ébullition n'élimine pas les solutés qui ont une température d'ébullition supérieure à celle de l'eau, au contraire leur concentration peut augmenter si de l'eau s'évapore. L'autoclave et la Cocotte minute raffine et améliore le procédé en y ajouant une presson élevée, qui évite la fuite de l'eau et augmente sa température avant ébulition. #Filtrage au carbone : le charbon de bois, un composé à haute teneur en carbone, adsorbe beaucoup d'autres composés dont certains toxiques. Le chlore est éliminé par catalyse et les organiques sont dissous par adsorption. L'eau est passée à travers du charbon actif, issu de la noix de coco ou du charbon, pour la purifier de ces composés. Cette méthode est surtout utilisée pour filtrer l'eau des ménages et l'eau des aquariums. Elle permet aussi d'éviter le colmatage par les composés organiques dissous. #Distillation : on fait bouillir l'eau de façon à produire de la vapeur, qui s'élève, et est mise en contact avec une surface refroidie où la vapeur se condense à nouveau en eau et peut être recueillie. Les solutés ne se vaporisent normalement pas et restent ainsi dans la solution mise à bouillir. Cela dit, même la distillation ne purifie pas complètement l'eau, du fait de contaminants ayant à peu près la même température d'ébullition que l'eau, et de gouttelettes d'eau non vaporisée transportées avec la vapeur. #Osmose inverse : une forte pression mécanique (en milliers de d'hectopascals) est appliquée à une solution impure pour forcer l'eau à passer à travers une membrane semi-perméable. On appelle cela l'osmose inverse parce que l'osmose normale verrait l'eau pure se déplacer dans l'autre sens pour diluer les impuretés. L'osmose inverse est en théorie la meilleure méthode pour la purification à grande échelle de l'eau, mais il est difficile de créer de bonnes membranes semi-perméables. Selon le type de membrane, on obtient 85 à 98 % d'élimination des ions inorganiques, 99% des colloïdes, bactéries, pyrogènes et virus, 80 à 98% d'élimination de la silice. Cette méthode est parfois appelée hyperfiltration. #Chromatographie par échange d'ions : dans ce cas, l'eau est passée à travers une colonne chargée de résine qui capte les ions en libérant en échange d'ions hydroxyde (pour les ions négativement chargés : sulfate, carbonates, etc.) ou hydronium (pour les ions positifs : calcium, magnésium, autres métaux, etc.), qui se recombinent pour reformer de l'eau. Dans de nombreux laboratoires, cette méthode de purification a remplacé la distillation car elle procure un grand volume d'eau très pure plus rapidement et en consommant moins d'énergie. L'eau obtenue de cette façon est appelée eau déionisée ou eau déminéralisée. Contrairement à la distillation, la déminéralisation permet une production à la demande. Les résines échangeuses d'ions sont parfois couplées à une post-filtration afin d'éliminer les particules issues de la résine. #Photo-oxydation : l'eau subit un rayonnement ultraviolet de haute intensité. Cela permet de cliver et d'ioniser les composées organiques, qui peuvent ensuite être éliminés dans les colonnes échangeuses d'ions. Cela provoque en outre l'apparition de composés oxydants, capables de détruire les micro-organismes et certaines molécules.

Symbolique, usage et mythologie

- L'eau, élément vital pour l'homme, est la boisson naturelle par excellence.
- L'eau est un des quatre éléments classiques mythiques avec le feu, la terre et l'air (et l'un des cinq éléments chinois avec l'air, le feu, le bois et le métal), et était vue par certains comme l'élément de base de l'univers. Les caractéristiques de l'eau dans ce système sont le froid et l'humidité.
- Dans la théorie des humeurs corporelles, l'eau était associée au phlegme.
- Dans la symbolique occidentale, l'eau symbolise la purification le renouveau, ex.: l'eau bénite du baptème, l'eau coulante d'un fleuve.

L'eau dans l'alimentation

- Eau potable
- Eau de table
- Eau de source
- Eau minérale
- Eau gazeuse
- Eau plate Thalassothérapie

Référence dans le système métrique pour la détermination de la masse

À l'origine, un décimètre cube d'eau définissait une masse de un kilogramme (kg). L'eau avait été choisie car elle est simple à trouver et à distiller. Dans notre système actuel de mesure —le système international d'unités (SI) — cette définition de la masse n'est plus valable depuis 1889, date à laquelle la première Conférence générale des poids et mesures définit le kilogramme comme la masse d'un prototype de platine iridié conservé à Sèvres. Cette correspondance reste néanmoins une excellente approximation pour tous les besoins de la vie courante. ; Voir aussi
- [http://www.cybersciences.com/Cyber/2.0/Q7615.asp Combien pèse exactement un litre d'eau douce en kilogramme?]

Voir aussi

- Origine de la molécule d'eau
- Origine de l'eau sur la Terre
- Épuration des eaux
- Assainissement
- Eau potable
- Eau potable en France
- Prix de l'eau potable
- Dessalement
- Agence de l'eau
- SDAGE
- SAGE
- Eau minérale
- Pollution de l'eau par les produits phytosanitaires
- Cycle de l'eau
- Project:Portail_de_l'eau
- Dans le Wikilivre de Tribologie, des données concernant le Frottement sur la glace
- Le monoxyde de dihydrogène

Liens externes

- [http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/accueil.html « L'eau douce : une ressource précieuse », dossier SagaScience sur le site du CNRS]
- [http://www.populationdata.net/eau/ Chapitre « L'Eau dans le monde » sur PopulationData.net]
- [http://www.symposium-h2o.com/ Cannes Water Symposium]
- [http://eau.apinc.org/ PlaneteBleue.info, portail alternatif sur l'eau]
- [http://www.h2o.net/ Site de la revue « H2o.net magazine »]
- [http://www.cieau.com/accueil.htm Centre d'information sur l'eau]
- [http://www.thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm Caractéristiques physiques de la vapeur d'eau saturée]
- Julien Tap et al [http://julientap.free.fr/travail_fichiers/TP_chimie_eau.pdf TP chimie des eaux] IUT génie biologie Creteil, 2003
- [http://www.centre-evian.com/dossier_presse/index.html?contenu-medias.html?http://www.centre-evian.com/dossier_presse/dos-media/12037.html Evian - dossier sur l'eau] Catégorie:Composé de l'hydrogène Catégorie:Composé de l'oxygène Catégorie:Composé inorganique
- Catégorie:Hydraulique Catégorie:Hydroxyde Catégorie:Mécanique des fluides als:Wasser ja:水 ko:물 ms:Air simple:Water th:น้ำ zh-min-nan:Chúi

Dihydrogène

Le dihydrogène est un composé moléculaire à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température. Les molécules comportent deux atomes d'hydrogène, sa formule chimique est H₂. Il est présent sous forme de traces (0,5 ppm) dans l'air. Il est fréquemment appelé par erreur « hydrogène ». C'est un gaz léger que la gravité terrestre ne peut d'ailleurs retenir. Il fut employé dans les ballons dirigeables de type Zeppelin, utilisant les propriétés de la Poussée d'Archimède, avant d'être remplacé par l'hélium moins dangereux car non combustible. Il brûle dans l'air en produisant de l'eau, d'où son nom (hydrogène = qui fabrique de l'eau). Le dihydrogène (H₂) possède une température de vaporisation de 20,27 K et une température de fusion de 14,02 K. Sous de très fortes pressions, comme celle qui existent au centre des géantes gazeuses, ces molécules se dissocient et l'hydrogène devient un métal liquide. Dans l'espace, les nuages de H₂ sont à la base du processus de formation des étoiles.

Production du dihydrogène

formation des étoiles L'hydrogène est produit industriellement par deux procédés : :
- par vaporeformage à partir d'hydrocarbures (en particulier à partir de méthane) :
- par électrolyse de l'eau

Vaporeformage d'hydrocarbures

C'est le procédé qui aujourd'hui est le plus utilisé au niveau industriel. Son principe est basé sur la dissociation de molécules carbonées (méthane, monoxyde de carbone en présence de vapeur d'eau et de chaleur. Cette technologie est énormément utilisée. Elle a le gros inconvénient de produire du dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre.

Électrolyse de l'eau

Cette technologie consiste à faire passer un courant électrique dans l'eau afin d'obtenir la dissociation des molécules d'eau en dihydrogène et dioxygène. Réaction à l'anode : :

\begin & \\ 2H_2O (l)& \overrightarrow & O_2 (g) + 4H^+(aq) + 4e^-\   \\\end

Réaction à la cathode : :

\begin & \\ 4H_2O (l) + 4e^-\overrightarrow & 2H_2 (g) + 4OH^-(aq) \   \\\end

Globalement, nous avons : :

\begin & \\ 2H_2O (l)\overrightarrow & 2H_2 (g) + O_2(g) \   \\\end

Cette technologie nécessite de grandes quantités d'électricité. Elle est relativement peu utilisée.

Stockage

Gaz comprimée

C'est la forme la plus commune de stockage du dihydrogène. Le gaz est stockée à des pression de 350 ou 700 bar. La technologie existe et est couramment utilisée. Son inconvénient réside dans les faibles efficacités en terme d'encombrement en comparaison des autres méthodes. Cet encombrement étant une des difficultés pour l'utilisation du dihydrogène sous forme de gaz comprimé dans les applications automobiles.

Gaz liquéfié

Le dihydrogène est liquéfié à une température de -253°C. La technologie est existante. Contrairement au gaz comprimé, elle a une nettement meilleure efficacité en ce qui concerne l'encombrement. Cependant cet avantage est modéré par le volume relativement important des enceintes isolantes nécessaire pour éviter l'évaporation. Cependant, il faut une énergie importante pour passer en phase liquide. La liquéfaction consomme 30 à 40% du contenu énergétique du gaz. Elle a un coût relativement élevé.

Hydrures métalliques

Les atomes d'hydrogène sont stockés dans certains composés métalliques. On récupère le dihydrogène en chauffant. Cette technique est aujourd'hui mal maîtrisée. Elle a l'inconvénient de demander un dihydrogène extrêmement pur afin d'éviter de détruire la capacité d'absorption des hydrures. Le chauffage pour récupérer le gaz est également un handicap. Ce type de stockage en est au stade de recherche et n'est pas disponible aujourd'hui sur une base industrielle. Capacité de stockage de certains hydrures.

Stockage par absorption sur du Carbone

Cette technique permet de stocker en surface de certaines structures de carbone telle que du charbon actif ou des nanotubes les molécules de dihydrogène. Elle permet de stocker 0.05 à 2 % en masse de dihydrogène. Ce type de stockage est au stade de recherche.

Sécurité

Référence ONU pour le transport de matières dangereuses

- Nom (français) : Hydrogène comprimé :
- Classe : 2 :
- numéro : 1049
- Nom (français) : Hydrogène liquide réfrigéré :
- Classe : 2 :
- numéro : 1966
- Nom (français) : Hydrogène dans un dispositif de stockage à hydrure métallique :
- Classe : 2 :
- numéro : 3468

Voir aussi

- dihydrogène liquide (LH2)

Anecdote

Le [http://paul.merton.ox.ac.uk/science/dhmo.html monoxyde de dihydrogène] est bien entendu le corps composé nommé eau : H₂O. catégorie:Composé de l'hydrogène catégorie:gaz inorganique

Dioxygène

Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, noté O₂, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température. Il a été découvert le 1774 par le chimiste anglais Joseph Priestley On l'appelle souvent simplement « oxygène ». Il est incolore, sans odeur et sans goût. Il compose 20,99 % en volume et 23,2 % en masse de l'atmosphère terrestre. C'est un gaz indispensable à beaucoup de formes de vie, à qui il fournit l'oxygène nécessaire à la respiration des cellules. Il n'est en revanche pas utile à certaines bactéries dites anaérobies, et constitue même un poison pour certaines. Il participe au même titre que le chlore à des réactions d'oxydo-réduction, essentiellement dans son cas la combustion et la corrosion. Le dioxygène liquide est un corps magnétique (il est attiré par un aimant).

Applications

On le livre en tant que gaz industriel conditionné pur dans des bouteilles sous pression, à trois usages :
- industriel : pour provoquer des réactions chimiques, ou activer une flamme de chalumeau oxhydrique ;
- loisirs : plongée sous-marine (scaphandre autonome de type Cousteau-Gagnan).
- médical :
- oxygénothérapie normobare (à pression atmosphérique) : dans l'assistance respiratoire de personne ayant des difficultés respiratoires (maladie telle que l'asthme ou l'insuffisance respiratoire chronique, ou lors d'une anesthésie), pour la ventilation artificielle (arrêt de la respiration) ;
- oxygénothérapie hyperbare (à haute pression) : pour le traitement de certaines intoxications au gaz (notamment au monoxyde de carbone), des accidents de décompression en plongée ou de certaines brûlures. Il est également utilisé sous forme liquide pour les applications médicales et industrielles.

Caractéristiques physiques

- Formule chimique : O₂
- Masse moléculaire : 31,9988
- Point d'ébulition sous une pression d'une atmosphère : -182,96 °C
- Température critique : -118°,57 °C
- Point triple : -218,79 °C à 0.1480 kPa absolu
- Chaleur latente de vaporisation : 213 kJ/kg
- Chaleur latente de fusion (à 218,4 °C) : 13,86 kJ/kg

Origine

Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer la teneur de l'air en dioxygène.
- La plus communément retenue est qu'il s'agit du déchet produit jadis par les algues bleues extrayant le carbone du dioxyde de carbone et rejetant l'oxygène (sous forme de dioxygène).
- Une seconde concerne la décomposition en altitude depuis des millions d'années de molécules d'eau en dioxygène et dihydrogène sous l'effet des rayonnements solaire et cosmique. L'oxygène est en effet retenu par la gravitation terrestre, ce qui n'est pas le cas du dihydrogène.

Sécurité

Référence ONU pour le transport de matières dangereuses

- Classe : 2
- numéro : :
- 1072 (oxygène comprimé) :
- 1073 (oxgène liquide réfrigéré)

Voir aussi

- Oxygène
- Ozone catégorie:Composé de l'oxygène catégorie:gaz inorganique catégorie:anesthésiologie

Cathode

Tubes électroniques

Semi-conducteurs

Semi-conducteur Pour une diode à jonction PN, la cathode correspond à la région dopée N. Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Électronique Catégorie:Diode ja:カソード

Méthane

Le méthane est un hydrocarbure de la famille des alcanes.
Cette molécule possède 1 atome de carbone (C) et 4 atomes d'hydrogène (H).
Formule brute : CH₄
Représentation de Cram :
Image:Méthane.png

Formation

Le méthane est le composant principal du gaz naturel. C'est le principal constituant du biogaz issu de la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène. Il est fabriqué par des bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobiques c'est-à-dire sans oxygène. Le méthane se dégage naturellement des zones humides peu oxygénées comme les marais et les terres inondées. Il se forme aussi dans l'estomac des mammifères. C'est d'ailleurs le gaz principal des flatulences.
Des quantités importantes de méthane sont piégées sous forme d'hydrates de méthane au fond des océans. Mais attention : le carbone de ce méthane fossile n'est plus (du fait de la désintégration isotopique survenue sur des dizaines de milliers d'années), le plus souvent, du C¹⁴ carbone 14 mais son isotope : le C¹² carbone 12. En cas de réchauffement climatique important, ce C¹²12, pourrait être largement relargué, ce qui ne serait pas sans poser de nombreux problèmes écologiques supplémentaires. De plus il en irait de même du CO₂ « fossile » piégé en encore plus grandes quantités au fond des océans sous forme de sels (principalement des bicarbonates)... La moitié des émissions de méthane sont dues à des activités humaines :
- l'agriculture avec notamment la culture de riz dans des rizières.
- l'élevage : la fermentation pendant la digestion des ruminants forme du méthane dans l'estomac qui est expulsé sous forme d'éructations mais aussi de « vents ».
- les décharges compactées dans lesquelles les déchets fermentent produisent du méthane sous forme de biogaz.
- exploitation du gaz naturel : des fuites de méthane se produisent
- mines de charbon : des fuites de grisou, gaz explosif dont le méthane est le principal constituant, s'y produisent à intervalles réguliers..

Quelques propriétés

Aux conditions normales de température et de pression, c'est un gaz plus léger que l'air, incolore et inodore. Il se liquéfie à -161,4 °C et se solidifie à -182,6 °C. La densité du méthane liquide est de 0,415 à -164°C. Sa solubilité dans l'eau est de 0,4 cc pour 100 cc d'eau à la température de 20°C, cette solubilité dans l'alcool est de 47 cc à la même température et de 104 cc à 10°C dans l'éther, toujours pour le même volume de 100 cc. Le méthane est un combustible. Il s'enflamme à 667 °C en présence d'oxygène. La réaction de combustion du méthane s'écrit : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
méthane + oxygène à dioxyde de carbone + eau 1 m³ de méthane à 15 °C (gaz naturel) libère une énergie de 9,89 kWh (35,6 MJ) Le méthane est transporté par navires (méthaniers) à une température de -163 °C et à une pression voisine de la pression atmosphérique. Les réservoirs sont construits sur le principe de la « bouteille thermos » et leur capacité peut aller jusqu'à 40 ou 50 000 m³ de gaz liquide par réservoir. Le méthane liquide est aussi appelé GNL, gaz naturel liquide. Le volume du méthane à l'état gazeux est égal à 600 fois son volume à l'état liquide, à pression atmosphérique.

Histoire

Alessandro Volta découvre le méthane en 1776 en s'intéressant au « gaz des marais » (l'ancien nom du méthane). C'est à cause du grisou, responsable (encore de nos jours) de trop nombreuses catastrophes minières que furent mises au point, les lampes de sécurité dans les mines de charbon, et notamment la lampe à acétylène. Jusqu'aux années 1970, l'impact du méthane sur le climat était inconnu. En 1976, il a été démontré que le méthane était un gaz à effet de serre. Ce n’est qu’avec la conquête spatiale que l’on a découvert l’omniprésence de ce corps dans l’Univers.

Utilisation

Le méthane représente 90% du gaz naturel, source d'énergie non renouvelable. De même, le biogaz produit dans les décharges pourrait être (bien davantage) récupéré et valorisé sous forme d'électricité, de chaleur ou comme carburant automobile. Pour l'instant,seules quelques expériences isolées (dans des fermes, des déchetteries,...) ont vu le jour, spécialement dans les régions les plus froides (nord de l'Allemagne, de la France, Scandinavie,...).

Contribution à l'effet de serre

Le méthane, gaz à effet de serre

Le méthane est un gaz à effet de serre qui influe sur le climat. Il absorbe une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre, et l'empêche ainsi de s'échapper vers l'espace. Ce phénomène contribue au réchauffement de la Terre. L'influence du méthane sur le climat est moins importante que celle du dioxyde de carbone mais elle est quand même préoccupante. Une molécule de méthane absorbe 23 fois plus de rayonnement qu'une molécule de dioxyde de carbone. Dans le passé, le taux de méthane dans l'atmosphère a varié comme la température. La concentration de méthane a augmenté d'environ 150 % depuis 1750 et atteint aujourd'hui un taux inégalé dans l'histoire. Cette augmentation semble due aux activités humaines.

Réduire les émissions de méthane

Il existe des moyens de diminuer les émissions de méthanes pour diminuer son action sur l'effet de serre :
- des changements dans l'alimentation du bétail
- récupérer le méthane émis lors de l'exploitation minière ...

Le méthane dans l'Univers (source ESA)

ESA
- Le méthane a été retrouvé à l'état de traces dans plusieurs nuages interstellaires.
- Le méthane se trouve partout sur Titan, et même sous forme de lacs, de rivières, et de mers! Au point que la chaleur dégagée par la sonde Huygens, lors de l'impact du 14 janvier 2005 a provoqué un notable dégagement de méthane gazeux.
- Titan présente une atmosphère uniforme d'azote-méthane. Il ne pleuvait pas lorsque Huygens s'est posé sur Titan, mais l'ESA n'exclut pas que des averses de méthane y soient fréquentes. Simplement, l'aridité du sol absorberait rapidement ces précipitations, à la manière des déserts terrestres.
- Quelque part, dans l'Univers, une vie a base de CH4 et non plus d'H2O est-elle concevable sinon possible? C'est l'une des grandes questions posés par cette mission. Avec Cassini c'est donc toute notre conception des exoplanètes (et donc du monde) qui est à revoir.
- L'atmosphère de méthane y permettrait le vol de « moins lourds que l'air » au point que les planétologues de l'ESA, rêvent d'y envoyer des ballons, des montgolfières, des robots mobiles... afin de comprendre ce monde extraterrestre dont on ne vient d'explorer qu'une infime partie.
- Une autre note plus légère: dans quatre milliards d'années, lorsque le soleil enflera démesurément avant d'exploser et d'engloutir la Terre, les planétologues s'amusant à imaginer le temps qu'il ferait sur Titan, pensent qu'il devrait faire bon y vivre dans son atmosphère de méthane (pendant un bref moment seulement). ---- Catégorie:Alcane Catégorie:Environnement Catégorie:Gaz organique Catégorie:Carburant ja:メタン

Technique

Catégorie:Techniques et sciences appliquées Une technique est une méthode, dans les métiers manuels, elle est souvent associée à un tour de main professionnel.
La technique couvre l'ensemble des procédés de fabrication, de maintenance, de gestion, de recyclage et, même d'élimination des déchets, qui utilisent des méthodes issues de connaissances scientifiques ou simplement des méthode dictées par la pratique de certain métiers. On peut alors parler d'art, dans son sens premier, et de science appliquée.
La technique est souvent sous-estimée, mais c'est l'une des grandes composantes du savoir-faire artisanal et industriel. Elle est le produit de l'ensemble de l'histoire de l'humanité, chaque peuple et chaque époque ayant apporté ses compétences.
On nomme technologies les techniques dont l'ensemble crée un domaine industriel nouveau et précis. Quatre technologies au moins se sont par exemple succédé en informatique :
- première génération : tubes à vide et programmation par câblage
- deuxième génération : circuits imprimés, transistors et assembleur
- troisième génération : circuits intégrés et langages dits évolués
- micro-informatique : microprocesseurs et dialogues par interfaces graphiques La confusion entre technique et technologie est courante dans les milieux du journalisme. Elle est probablement due à une mauvaise compréhension du terme anglais technology. Généralement pensée comme neutre, la technique n'est pas considérée comme neutre et amorale par tout un chacun, comme c'est le cas de Jacques Ellul, pour qui cette dernière est autonome et porte avec elle ses propres valeurs, allant même jusqu'à créer un milieu (de vie) et un « système technicien ». Les quatre grandes caractéristiques du système technicien selon Jacques Ellul sont l'autonomie, l'unité, l'universalité, la totalisation. «Technique autonome, cela veut dire qu'elle ne dépend finalement que d'elle-même, qu'elle trace son propre chemin, qu'elle est un facteur premier...» (ibid., p. 137).

La technique en philosophie

La technique s'est développée avec l'humanité et fait partie d'elle. Elle donne au corps des prolongements par toutes sortes d'instruments qui lui donnent une puissance artificielle. La technique est un instrument de maîtrise qui libère des contraintes de la nature. C'est en ce sens un instrument de puissance. Mais cette complexité nous échappe en partie. Nous ne connaissons pas pour la majorité d'entre nous le fonctionnement interne des instruments que nous utilisons dans notre quotidien ( voiture, micro-onde, ordinateurs). Des questions d'ordre moral surgissent : Sommes-nous dépendants de la technique ? Maîtrisons-nous nos techniques ? Le progrès technique est incontestable. Mais, y a-t-il eu un progrès dans d'autres domaines également ? Les problèmes liées à l'humanité demeurent (famine, maladie, guerre). La science a fait des progrès mais ne permet pas de répondre aux questions existentielles. Qu'y a-t-il après la mort ? Nous sommes toujours à essayer de savoir ce qu'est la technique et par prolongement, une question sur nos origines revient : qu'est-ce que l'homme ? Et quel doit être mon comportement vis-à-vis des autres hommes ? Cela nous montre finalement que la question centrale est celle du progrès moral.

Bibliographie

- « La Technique »; Le système technicien, Jacques Ellul
- G. Simondon, Du mode d'existence des objets techniques
- J. Habermas, La technique et la science comme « idéologie »
- H. Arendt, Condition de l'homme moderne

Liens Web

- [http://agora.qc.ca/reftext.nsf/Documents/Technique--La_conception_de_Jacques_Ellul_par_Jacques_Dufresne La conception de Jacques Ellul par Jacques Dufresne]
- [http://www.philagora.net/philo-poche/pochtech.htm Philagora.net]

Cathode

Tubes électroniques

Semi-conducteurs

Semi-conducteur Pour une diode à jonction PN, la cathode correspond à la région dopée N. Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Électronique Catégorie:Diode ja:カソード

Cuivre

Catégorie:Élément chimique Catégorie:Métal de transition Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29.

Caractéristiques

Métal de couleur rougeâtre, il possède une haute conductivité thermique et électrique (à température ambiante, le seul métal pur ayant une meilleure conductivité électrique est l'argent). Le cuivre pourrait bien être le premier métal à avoir été utilisé, étant donné que des pièces datant de 8700 avant J.-C. ont été trouvées.

Minerai de cuivre

Le cuivre est un des rares métaux qui existe à l'état natif. Ce fait d'ailleurs expliquant probablement qu'il fut le premier métal utilisé par les hommes. L'occurrence du cuivre natif est cependant assez faible. On le trouve le plus fréquemment sous forme de sulfure ou de sulfo-sel.

Sulfures

- La chalcopyrite : Cu₂S, Fe₂S₃
- La bornite : 3Cu₂S, Fe₂S₃
- La covelline : CuS
- La Chalcosine : Cu₂S

Sulfo-sel

- l’énargite 3Cu₂S, As₂S₅

Oxydes

- Mélancolise ou ténorite CuO
- Cuprite : Cu₂O

Carbonates

- Azurite : 2CuCO₃, Cu(OH) ₂
- Malachite : CuCO₃,Cu(OH) ₂

Silicates

- Chrysocolle : SiO₃Cu,2 H₂O

Sulfate et chlorure

- Brochantite : Cu₄(SO₄)(OH) ₆
- Atacanite : Cu₂Cl(OH) ₃

Propriétés biologiques

Autrefois on considérait le cuivre comme un poison mortel, notamment sous sa forme oxydée vert-de-gris. Actuellement on sait au contraire qu'il s'agit d'un oligo-élément indispensable à la vie. Il est nécessaire à la formation de l'hémoglobine et possède des vertus bactéricides. Sa capacité à détruire les micro-organismes et les bactéries est utilisée dans les canalisations de distribution d'eau, dans la fabrication de la bière, la distillation de l'alcool, la confection de confiture et la fabrication des fromages à pâte cuite. Pour les applications marines, sa résistance à la corrosion s'ajoute à ces propriétés pour empêcher la prolifération et la fixation d'algues et d'organismes marins. Les sels de cuivre, comme le sulfate ou l'oxychlorure, présentent des propriétés fongicides mises à profit pour la viticulture et l'agriculture. Les peintures antifouling actuellement utilisées pour protéger les coques des navires tuent les bernacles lorsqu'elles sont encore dans leur stade larvaire en relâchant du cuivre, contaminant par la même occasion les eaux qu'elles traversent.

Applications en construction mécanique et électrique

Le cuivre est rarement utilisé pur, sauf pour les conducteurs électriques et dans le cas où l'on souhaite une grande conductivité thermique. Les alliages de cuivre, par contre, sont très largement utilisés dans de nombreux domaines.
- pièces de frottement et d'usure : voir l'article tribologie
- pièces devant résister à la corrosion,
- ...

Symbolique

Les noces de cuivre symbolisent les 32 ans de mariage dans le folklore français.

Voir aussi

Liens internes

- Les cuivres en tant qu'instruments de musique
- Âge du cuivre
- Âge du bronze
- Alliages de cuivre :
- Laiton :
- Bronze :
- Cuproaluminium :
- Maillechort

Liens externes

- [http://www.cuivre.org/ www.cuivre.org]
- [http://www.copperbenelux.org/ Copper Benelux] Maillechort]] ja:銅 ko:구리 simple:Copper th:ทองแดง

Concentration

En chimie et en physique, la concentration désigne la proportion d'un produit dans un mélange, un milieu ; on distingue la
- Concentration massique
- Concentration molaire Le terme « concentration » désigne également
- la focalisation de rayons lumineux en un point ;
- le fait de mobiliser ses facultés mentales sur un sujet, une action ;
- un état d'esprit, dans la méditation visant les Dhyanas
- le fait de rassembler de nombreux prisonniers dans un camp, dit « camp de concentration ».
- En économie: la concentration désigne le processus de diminution du nombre d'entreprises pour un marché donné. Cela peut aboutir, à la limite, à la création d'une situation de monopole lorsque tous les concurrents auront été éliminés. C'est une tendance très forte de l'économie de marché qui concerne tous les secteurs d'activité. ja:モル濃度

Surface

Il existe de nombreuses acceptions au mot surface, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, souvent abusivement confondu avec sa mesure - l'aire ou la superficie.

Homonymies

- Surface réglée
- Surface au sol Ne pas confondre surface et superficie (ou aire), l'objet et sa mesure.

Notion de surface

En mathématiques, une surface dans un espace de dimension n est un ensemble de points de cet espace décrit par un système de ( n - 2 ) équations à n variables. On distingue entre :
- surfaces planes, quand le système d'équations est linéaire ou affine;
- et surfaces gauches dans les autres cas. Une surface peut être :
- orientable; dans ce cas, elle comporte deux faces. :
- Si la surface est ouverte, il est possible de passer d'une face à l'autre sans traverser la surface. :
- Si la surface est fermée, elle sépare l'espace en deux zones correspondant aux deux faces, l' intérieur et l' extérieur, et il faut traverser la surface pour passer d'une zone à l'autre.
- non-orientable; dans ce cas elle ne comporte qu'une seule face, ce qui défie a priori le sens commun. Elle peut avoir un bord ( exemple : ruban de Möbius ) ou non (exemple : bouteille de Klein ). On peut aussi rencontrer des surfaces connexes, convexes, ... En physique, la notion de surface a deux sens voisins :
- d'une part, la surface propre d'un objet désigne sa limite, sa frontière avec le reste de l'univers;
- d'autre part, la surface de contact entre deux objets ou, plus généralement, deux milieux différents, désigne la frontière commune à ces deux objets ou milieux.
- Un objet est rigide quand sa forme, donc celle de sa surface, ne peut être modifiée; on peut parler dans ce cas de l' état de surface de l'objet.
- Quand on parle de la surface d'un liquide, l' eau par exemple, il faut distinguer entre sa surface propre et sa surface libre, qui est la portion de sa surface totale en contact avec un gaz (l' air en général) ou le vide.
- Un gaz n'a pas de surface définie, sauf s'il est en contact avec un solide ou un liquide. En géographie, une surface est une portion de terrain délimitée par une frontière ou des ...limites

Mesures de surface

Voir l'article Superficie.

Voir aussi

- Dioptre
- Surface spécifique
- Surface minimale catégorie:Géographie catégorie:Géométrie Catégorie:Surface catégorie:Physico-chimie des interfaces ja:表面

1916

Cette page concerne l'année 1916 du calendrier grégorien.

Événements

- En avril, Conférence des pacifistes socialistes à Kienthal.

Première Guerre mondiale

- 13 février : La 1ère brigade russe constituée (2 régiments), quitte Moscou par le transsibérien et arrive en Mandchourie à Dairen le 28 février, d'où elle embarque pour la France sur des navires français.
- 21 février : Début de la Bataille de Verdun (février-décembre). Les Allemands sont repoussés par les troupes françaises. Plus 700 000 de soldats alliés et allemands meurent dans la bataille.
- 11 avril : Arrivée à Marseille, où elle reçoit un accueil triomphal, de la 1ère brigade russe (2 régiments) partie de Moscou par le transsibérien le 13 février, via la Mandchourie, où elle a embarqué sur des navires français.
- 27 avril : Une loi crée un diplôme de « mort pour la France » délivré à chaque hom