1.3.2. Effet des solutés sur la structure de
l'eau
Les organismes vivants, qui sont composés pour une
grande part de solutions aqueuses, recèlent une myriade de
solutés biologiques de plus ou moins grandes tailles et de formes plus
ou moins diverses : des macromolécules comme les protéines ou
l'ADN, des virus, des cellules, des sucres, des sels, des ions, . Quand
un soluté se trouve dans un environnement aqueux, ses groupements
fonctionnels sont confrontés aux impératifs structuraux
inhérents au solvant, mais sa seule présence peut engendrer des
modifications locales de la structure du solvant dans son
voisinage.17,18,19,20 Franck et al.21 ont mis en
évidence la déformation plus ou moins importante du réseau
tétraédrique de l'eau sous l'effet de petits ions et ont
proposé une classification en fonction de la modification
apportée à la structure du solvant. Ainsi les cations de petites
tailles ou plus chargés que K+ sont appelés des
«faiseurs de structure », alors que K+, Rb+ et
Cs+ sont appelés des « briseurs de structure ».
Parmi les ions briseurs de structure, citons IY, ClO4Y, MnO4Y, Br-,
ClY, et parmi les ions faiseurs de structure Li+, Cu+,
Al3+, Mg2+, OH-.9 D'une
manière plus générale, cette appellation s'applique aux
autres solutés, qui seront classés briseurs ou faiseurs de
structure par rapport à leur influence sur le réseau de liaisons
hydrogène.
L'addition de petites molécules organiques non-ioniques
va également perturber les agrégats de molécules d'eau en
brisant certaines liaisons hydrogène. Comme la différence de
taille entre le soluté et le solvant est importante, l'introduction
même du soluté dans le réseau aqueux va engendrer, par
effet stérique, des ruptures des liaisons hydrogène entre les
molécules d'eau. De nouvelles liaisons hydrogène vont être
créées non seulement entre les molécules d'eau
elles-mêmes, mais également entre les molécules d'eau et le
soluté. Le solvant, fortement déstabilisé, va tendre
à se restructurer en
agrégats plus stables au voisinage du soluté
pour minimiser l'énergie libre de la solution. Le bilan final de
liaisons hydrogène du système, qui peut être positif ou
négatif, servira d'indicateur pour connaître le caractère
stabilisateur ou déstabilisateur de tel ou tel soluté.
Une analogie avec l'effet que peut avoir la température
ou la pression sur la connectivité en liaisons hydrogène du
réseau aqueux est quelquefois faite.22,23 Ainsi, les faiseurs
de structure sont alors des solutés qui ont un effet sur l'eau
comparable à une diminution en température, alors que les
briseurs de structure ont eux un effet comparable à une augmentation en
température.24
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