Legăturile de hidrogen din apă

Ești o pungă de apă care vorbește, face instrumente și învață. Ok, asta 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 mici bacterii sunt compuse în mare parte din apă$^1$start superscript, 1, end superscript. Apa este esențială pentru existența vieții așa cum o știm. Asta poate suna dramatic, dar este adevărat - şi lucrurile dramatice care sunt adevărate fac viaţa interesantă! Cea mai mare parte a chimiei și metabolismului celular al unui organism are loc în lichidul din interiorul celulelor sale, numit citosol.

Apa nu este numai foarte frecvent întâlnită în corpurile organismelor, ci are şi nişte proprietăţi chimice neobişnuite, care o fac foarte bună în susţinerea vieţii. Aceste proprietăți sunt importante pentru biologie, pe 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 funcţionează 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 una de cealaltă: un tetraedru, cu legăturile $\text{O}-\text{H}$start text, O, end text, minus, start text, H, end text formând două din cele patru “picioare”. Perechile solitare sunt puțin mai respingătoare decât electronii de legătură, astfel încât unghiul dintre legăturile $\text{O}-\text{H}$start text, O, end text, minus, start text, H, end text este puțin mai mic decât 109°, cât este unghiul unui tetraedru perfect, aproximativ 104.5°.$^2$squared

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

Mulţumită polarităţii 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 atracţii sunt un exemplu de legături de hidrogen, interacţiuni slabe care se formează între un hidrogen cu o sarcină parţial pozitivă şi 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 $\text{O}$start text, O, end text, $\text{N}$start text, N, end text sau $\text{F}$start text, F, end text.

Moleculele de apă sunt, de asemenea, atrase de alte molecule polare şi ioni. Se spune că o substanță încărcată sau polară care interacționează cu apa și se dizolvă în aceasta este hidrofilă: hydro înseamnă "apă", iar philic înseamnă "iubitor". În schimb, moleculele nepolare precum uleiurile şi grăsimile nu interacţionează bine cu apa. Se separă în loc să se dizolve în ea și se numesc hidrofobe: phobic înseamnă "teamă". Poate că ați observat acest lucru ca o caracteristică nu atât de la îndemână a sosurilor cu ulei și oțet pentru salată. Oțetul este de fapt doar apă cu puțin acid.