Legăturile de hidrogen din apă

Ești o pungă de apă care vorbește, face instrumente și învață. Ok, nu este complet corect, dar se apropie de adevăr din moment ce corpul uman este 60 până la 70% apă. Și nu este vorba doar despre oameni — cele mai multe animale și chiar bacteriile minuscule sunt compuse în mare parte din apă${}^1$‍. Apa este esențială pentru existența vieții așa cum o știm. Poate suna dramatic, dar este adevărat — și lucrurile dramatice care sunt adevărate fac viața interesantă! Cea mai mare parte a chimiei și metabolismului celular ale unui organism are loc în lichidul din interiorul celulelor sale, numit citosol.

Apa nu este numai foarte frecvent întâlnită în corpurile organismelor, ci are și niște proprietăți chimice neobișnuite, care o fac foarte bună la susținerea vieții. Aceste proprietăți sunt importante pentru biologie, la mai multe niveluri, de la celule la organisme și la ecosisteme. Poți afla mai multe despre proprietățile apei care susțin viața în următoarele articole:

Apa datorează aceste proprietăți unice polarității moleculelor sale și, în mod specific, capacității lor de a forma legături de hidrogen între ele și cu alte molecule. Mai jos vom vedea cum funcționează această legătură de hidrogen.

Cheia înțelegerii comportamentului chimic al apei este structura moleculară a acesteia. O moleculă de apă constă din doi atomi de hidrogen legați de un atom de oxigen, iar structura sa globală este curbată. Acest lucru se datorează faptului că atomul de oxigen, pe lângă formarea de legături cu atomii de hidrogen, poartă și două perechi de electroni nepartajați. Toate perechile de electroni — partajați și nepartajați — se resping reciproc.

Cel mai stabil aranjament este cel care le îndepărtează cel mai mult unele de altele: un tetraedru, cu legăturile $\text{O}-\text{H}$‍ formând două din cele patru „picioare”. Perechile solitare sunt puțin mai respingătoare decât electronii de legătură, astfel încât unghiul dintre legăturile $\text{O}-\text{H}$‍ este puțin mai mic decât cele 109° ale unui tetraedru perfect, aproximativ 104.5°.${}^2$‍

Deoarece oxigenul este mai electronegativ — lacom după electroni — decât hidrogenul, atomul de $\text{O}$‍ acaparează electroni și îi ține departe de atomii de $\text{H}$‍. Aceasta conferă capătului de oxigen al moleculei de apă o sarcină parțial negativă, în timp ce capătul de hidrogen are o sarcină parțial pozitivă. Apa este clasificată ca moleculă polară datorită legăturilor sale polare covalente și formei sale curbate${}^{2,3}$‍.

Mulțumită polarității lor, moleculele de apă se atrag una pe cealaltă. Capătul plus al uneia — un atom de hidrogen — se asociază cu capătul minus al alteia — un atom de oxigen.

Aceste atracții sunt un exemplu de legături de hidrogen, interacțiuni slabe care se formează între un hidrogen cu o sarcină parțial pozitivă și un atom mai electronegativ, cum ar fi oxigenul. Atomii de hidrogen implicați în legăturile de hidrogen trebuie să fie legați de atomi electronegativi, cum ar fi $\text{O}$‍, $\text{N}$‍ sau $\text{F}$‍.

Moleculele de apă sunt, de asemenea, atrase de alte molecule polare și ioni. O substanță cu sarcină sau polară care interacționează cu apa și se dizolvă în aceasta se numește hidrofilă: hidro înseamnă „apă”, iar fil înseamnă „iubitor”. În schimb, moleculele nepolare precum uleiurile și grăsimile nu interacționează bine cu apa. Se separă în loc să se dizolve în ea și se numesc hidrofobe: fob înseamnă „teamă”. Poate că ai observat acest lucru ca trăsătură nu tocmai fericită a sosurilor cu ulei și oțet pentru salată. Oțetul este de fapt doar apă cu puțin acid.