À masse égale, la glace occupe un volume 10 % plus important que l'eau liquide. © Jackie, Fotolia

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Pourquoi la glace prend-elle plus de place que l'eau liquide ?

Question/RéponseClassé sous :molécule , état liquide , état solide
 

Les tuyaux éclatés par un coup de gel nous le rappellent chaque hiver : la glace occupe un plus grand volume que l'eau liquide ! Une particularité étonnante qui s'explique au niveau atomique.

Dans l'immense majorité des cas, l'état solide d'un corps, où les molécules sont plus ordonnées, occupe moins de place que l'état liquide. Pour l'eau, c'est l'inverse.

Une anomalie dilatométrique

Les physiciens nomment cela une « anomalie dilatométrique ». Quelques rares composés présentent aussi cette anomalie :

La masse volumique de la glace est de 0,91 g/cm3 alors que celle de l'eau liquide est de 1 g/cm3. Cette baisse de la masse volumique explique notamment que la glace flotte sur l'eau.

La glace prend plus de place : la faute aux liaisons hydrogène

L'anomalie dilatométrique s'explique par la structure particulière de la molécule d'eau H2O, constituée de deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène. En effet, l'atome d'oxygène est chargé négativement et les atomes d'hydrogène positivement. La molécule d'eau est donc une molécule polarisée.

Cette polarité forte permet de créer des liaisons, appelées « liaisons hydrogène », entre l'atome d'oxygène et l'atome d'hydrogène d'une molécule voisine. Dans la glace, les molécules d'eau retenues par des liaisons hydrogène s'agencent selon un réseau d'hexagones qui laisse beaucoup de vide : la glace prend donc plus de place que le liquide.

Les liaisons hydrogène se retrouvent aussi dans l'eau liquide mais de façon moins stable. D'ailleurs, cela confère à l'eau une température de vaporisation élevée (environ 100 °C) pour une si petite molécule (à titre de comparaison le H2S se vaporise à -60 °C par exemple), et c'est la raison pour laquelle l’eau liquide existe sur Terre à température ambiante, et donc que la vie a pu se développer !

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