thumb|right|
L’aiga (var. aigua) es un compausat quimic inorganic, transparent, inodòr e incolòr de formula H2O qu'es present a la superficia de la Tèrra e dins totei leis organismes vivents coneguts a l'ora d'ara. « Aiga » es l'apelacion tant de sa forma liquida que de la substància ela meteissa. Sa forma solida es generalament dicha glaç ò nèu e sa forma gasosa es dicha vapor. Sus Tèrra, a la particularitat d'èsser presenta sota sei tres formas. Cuerb 71% de la superficia de la planeta, principalament sota forma d'oceans e de mars e sei cambiaments d'estats son a l'origina d'un cicle, implicant precipitacions (plueja, nèu...), regolament (fluvis, rius...) e formacion d'estendudas d'aiga (oceans, mars, lacs...), qu'es fòrça important per l'ecologia dau vivent e leis activitats umanas.
Istòria
thumb|right|Retrach dau quimista Joseph Louis Gay-Lussac que descurbiguèt lei proporcions d'oxigèn e d'idrogèn intrant dins la composicion de l'aiga.
En causa de son caractèr indispensable a la subrevida dau vivent, l'aiga es coneguda per l'èsser uman dempuei la Preïstòria. Foguèt ansin l'objècte d'un culte dins mai d'una cultura e es uei totjorn utilizada dins la liturgia de certanei religions majoras coma lo cristianisme. De mai, foguèt considerada coma un element de basa de la matèria, generalament amb lo fuòc, la tèrra e l'aire, per leis elementaristas de l'Antiquitat e de l'Edat MejanaPer exemple, en Euròpa, fins a l'aparicion dei sciéncias modèrnas, predominèron lei concepcions eissidas de la pensada d'Aristòtel (384-322 avC) amb un mod compausat de quatre elements materiaus (fuòc, tèrra, aire e aiga) e d'un element divin (etèr)..
L'estudi scientifica de l'aiga comencèt ansin dins lo corrent dau sègle XVIII quand lei progrès tecnics permetèron d'analisar sa composicion. Lei figuras majoras d'aqueu trabalh foguèron Henry Cavendish (1731-1810), Antoine Lavoisier (1743-1794), William Nicholson (1753-1815) e Anthony Carlisle (1768-1840). Capitèron de mostrar que l'aiga es formada d'oxigèn e d'idrogèn dins de proporcions que foguèron precisadas en 1805 per Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) e Alexander von Humboldt (1769-1859).
La premiera mòstra d'aiga pesuga pura foguèt obtenguda en 1933 per lo quimista Gilbert N. Lewis (1875-1946). Permetèt d'estudiar sei proprietats caracteristicas que foguèron pus tard utilizadas dins l'industria nucleara.
Proprietats fisicoquimicas
Proprietats fisicas
thumb|right|L'aiga es presenta sus Tèrra sota forma gasosa, liquida e solida.
L'aiga a de proprietats particularas que son fòrça diferentas d'aquelei deis autrei substàncias. Ansin, dins lei condicions normalas de pression e de temperatura observadas sus Tèrra, l'aiga es generalament a l'estat liquida amb un ponch de fusion situat a 0 °C (273,15 K) e una ponch de vaporizacion situat a 100 °C (373,15 K). Dins aquel estat, sa constanta dielectrica es la pus auta dei liquids coneguts (ɛr = 78,5), çò que li permet de solubilizar un nombre important de moleculas. L'aiga liquida a tanben la tension superficiala pus auta (72 mN/m a 20 °C). Aquò explica perqué un sistèma de capillars pòu emmagazinar de quantitats importantas d'aigas.
L'aiga tèn egalament de caracteristicas termicas excepcionalas amb una calor massica de J/kg/K (a 15 °C) e una conductivitat termica de 0,604 W/m/K (a 20 °C). Sei calors latentas de fusion e de vaporizacion son tanben autas en causa de la preséncia de liames idrogèn. Ansin, l'aiga a un ròtle primordiau dins la regulacion deis equilibris termics planetaris.
La preséncia d'aiga sota forma gasosa, liquida e solida sus Tèrra es liada a son ponch triple que se situa a 0,01 °C e 611,2 Pa. Sa forma gasosa es dicha vapor. Sa forma solida es generalament dicha glaç ò nèu. L'aiga liquida a una densitat egala a 1 a 4 °C e a 0,998 3 a 20 °C. Presenta la particularitat d'èsser pus densa que lo glaç qu'a una densitat compresa entre 0,91 e 0,93 a 0 °C.
Estructura de la molecula d'aiga
thumb|right|Esquèma de la molecula d'aiga.
La molecula d'aiga es constituïda de dos atòms d'idrogèn e d'un atòm d'oxigèn. En causa de la preséncia de dos doblets non liant sus l'oxigèn, a una forma coïdada amb un angle de 104,5°. La distància entre l'oxigèn e un idrogèn es de 95,7 pm. Conjugada amb la diferéncia d'electronegativitat entre lei dos elements, aquò es a l'origina dei proprietats particularas de l'aiga. D'efiech, lo liame covalent oxigèn-idrogèn presenta un caractèr ionic non negligible. Aquò mena a la formacion de cargas electricas parcialas que sei baricentres correspondon pas. La molecula d'aiga es ansin polara.
Aquela polaritat explica la capacitat de l'aiga de dissòudre de compausats ionics ò polars e sa miscibilitat febla amb lei substàncias apolaras. De mai, permet la formation de liames idrogèn entre un doblet non liant d'un atòm d'oxigèn e un atòm d'idrogèn d'una autra molecula. Relativament poderós (aperaquí 10% d'un liame covalent), aquela liason intermoleculara renfòrça la capacitat de l'aiga de solubilizar de produchs polara e conferís a sei formas liquida e solida de proprietats fisicas particularas. La pus importanta es probablament una aumentacion de sei temperaturas de cambiaments d'estat a respècte de la valor teorica calculada a partir dei caracteristicas deis autreis elements de la colona de l'oxigèn. Per exemple, la temperatura de fusion dau sulfur d'idrogèn (H2S) es de -85,5 °C e aquela dau seleniur d'idrogèn (H2Se) es de -66 °C.
Proprietats quimicas
Aciditat
L'aiga, compres a l'estat pur, es totjorn feblament ionizada segon l'equilibri quimic seguent : <center>2 H20 = H3O+ + H</sub>O–</center> La constanta d'equilibri Ke associada es dicha produch ionic de l'aiga. Es egala a :
Coma leis ions H3O+ e HO– son pauc concentrats, aquela relacion pòu èsser simplificada dau biais seguent :
Experimentalament a 25 °C, lei doas concentracions son egalas a 10-7 mol/L. Lo pH de l'aiga pura es donc de 7, çò que definís la neutralitat acidobasica. Dins aquò, en realitat, una solucion d'aiga contèn d'impuretats que modifican son pH vèrs l'aciditat ò la basicitat e l'aiga a lo comportament d'una espècia quimica amfotèra que sei pareus acid/basa son H3O+/H20 (pKa = 0) e H20/H</sub>O–</center> (pKa = 14).
Poder de solvatacion
L'aiga a un poder de solvatacion fòrça important en causa de sei proprietats polaras, çò que li permet de tenir un ròtle centrau dins mai d'un procès biologic ò industriau. Ansin, plusors acids, saus ò moleculas organicas i an una solubilitat auta. Per exemple, lo clorur de sòdi a una solubilitat de 358,5 g/L à 20 °C. Dins la natura, l'aiga contèn donc totjorn de quantitats importantas de substàncias en solucion coma de clorurs (clorur de sòdi...) ò de carbonats (carbonat de calci...). En mejana, 3,6% de la massa d'una mòstra d'aiga de mar es constituïda de moleculas dissòutas. Aquò explica la capacitat de l'aiga de formar de depaus mineraus dins d'environaments variats (bauma, bornèus...).
Proprietat oxidoreductritz
L'aiga a de proprietats oxidoreductritz dins lei pareus H20/H2 de potenciau estandard E0 = -0,827 7 V e O2/H20 de potenciau estandard E0 = 1,23 V. Aquò correspond ai relacions : 2 H2O + 2 e− ⇄ H2(g) + 2 HO− O2(g) + 4 H+ + 4 e− ⇄ 2 H2O
L'electrolisi de l'aiga entraïna la formacion de diidrogèn e de dioxigèn. Pasmens, aquela reaccion necessita una aiga relativament pura. D'efiech, en preséncia d'impuretats, d'autrei pareus oxidoreductors pòdon intervenir.
Reactivitat
L'aiga es capable de reagir gràcias a la preséncia de son moment dipolar, de sei doblets non liants, de sa capacitat d'establir de liames idrogèn, de sei proprietats acidobasicas ò de sei proprietats oxidoreductritz. Es ansin considerada coma una substància reactiva qu'es efectivament utilizada dins plusors reaccions. Dins aqueu quadre, sa premiera proprietat importanta es sa capacitat de s'addicionar, es a dire de s'integrar dins l'estructura d'una molecula ò d'un compausat ionic per i demorar ò per entraïnar la partença d'una partida de la molecula iniciala. Dins aqueu darrier cas, la reaccion es sovent dicha « idrolisi ». Un exemple classic de reaccion d'aqueu tipe es l'equilibri de l'esterificacion :
center|500px
La preséncia de doblets non liants ò de liames idrogèn permèton tanben a l'aiga de participar a la formacion de complèxs. Sei proprietats oxidoreductritz li permèton de reagir amb lei metaus electropositius non cubèrts per un jaç d'oxids protectors (coma leis alcalins), lo carbòni ò d'oxids de carbòni. Dins certanei cas, la reaccion pòu èsser violenta en causa de son caractèr exotermic e d'un desgatjament de diidrogèn.
Un autre aspècte de la reactivitat de l'aiga es liat a sei proprietats acidobasicas. D'efiech, segon la definicion de Brønsted, es una substància amfotèra que pòu reagir coma acid ò coma basa. Es tanben un acid de Lewis en causa de sei doblets non liants que li permèton de reagir amb lei moleculas que presentan una lacuna electronica. Enfin, segon la teoria HSAB, l'aiga es un acid e una basa dur qu'a donc tendància de reagir amb leis autreis acids e basa durs.
L'aiga dins la natura
L'aiga dins l'Univèrs
L'aiga sembla d'èsser una molecula abondosa dins l'Univèrs que sa preséncia es estada detectada dins lo Sistèma Solar (Tèrra, autrei planetas, cometas, asteroïdes...), dins de nívols interstellars de la Via Lactèa e dins d'autrei galaxias. Aqueu fenomèn s'explica per l'abondància de l'idrogèn e de l'oxigèn. La cèrca d'aiga liquida sus un autre còrs celestiau es un aisse important de l'exploracion espaciala car permetriá benlèu de descubrir una vida extraterrèstra.
Cicle de l'aiga
thumb|Esquèma generau dau cicle naturau de l'aiga
L'aiga a un ròtle primordiau dins la biosfèra. Son volum mondiau, considerable, es estimat a 1,36.109 km3. Es principalament concentrat dins leis oceans e lei mars (97,25%), lei glaciers (2,05%) e leis aigas sosterranhas (0,65%). Lo rèsta se tròba dins la vapor d'aiga atmosferica, dins leis aigas de superficia, dins l'umiditat dei sòus e dins la biosfèra. Lei transferiments entre aquelei sèrvas, dichs cicle de l'aiga, son fòrça importants per explicar l'organizacion dau vivent e la formacion deis estructuras geologicas gràcias a l'erosion e lo transpòrt dei sediments.
+ Volum d'aiga contengut dins lei diferentei sèrvasSèrvaVolum (10km6)PercentatgeOceans e mars97,05%Calòtas polaras e glaciers292,15%Aiga sosterranha9,50,70%Lacs0,1250,009%Umiditat dei sòus0,0650,005%Atmosfèra0,0130,001%Fluvis e rius0,00170,000 1%Biosfèra0,000 60,000 05%
L'aiga e la vida
thumb|right|L'aiga es una substància necessària a la vida terrèstra.
L'aiga es indispensabla per la vida en causa de son poder solvent e de son ròtle dins l'organizacion de certanei teissuts vivents, especialament lei teissuts vegetaus. La premiera proprietat li permet d'assegurar lo transpòrt dei substàncias quimicas necessàrias au metabolisme de la planta. La màger part de l'aiga d'un organisme vivent es utilizada per aqueu pretzfach. Per exemple, en mejana, l'aiga de transpòrt representa 75% de la massa totala d'una planta.
Lo segond ròtle de l'aiga es liat ai liames idrogèn. D'efiech, permèton d'establir de liames pron fòrts per mantenir en plaça un teissut mai pron febles per rompre aisament e autorizar sa reorganizacion. Aquò es fòrça important dins lei teissuts vegetaus non lignificats car conferís una certana soliditat au teissut mai permet sa creissença. Ansin, l'aiga de constitucion representa aperaquí 15% de la massa totala d'una planta.