Ci sono due diversi legami chimici presenti nell'acqua. I legami covalenti tra l'ossigeno e gli atomi di idrogeno derivano dalla condivisione degli elettroni. Questo è ciò che tiene insieme le molecole d'acqua. Il legame idrogeno è il legame chimico tra le molecole d'acqua che tiene insieme la massa di molecole. Una goccia di acqua che cade è un gruppo di molecole d'acqua tenute insieme dai legami idrogeno tra le molecole.
Legame idrogeno nell'acqua liquida
I legami idrogeno sono relativamente deboli, ma poiché ci sono così tanti di loro presenti nell'acqua, determinano in larga misura le sue proprietà chimiche. Questi legami sono principalmente le attrazioni elettriche tra gli atomi di idrogeno carichi positivamente e gli atomi di ossigeno caricati negativamente. Nell'acqua liquida le molecole d'acqua hanno abbastanza energia per mantenerle vibrare e muoversi continuamente. I legami a idrogeno si formano e si rompono costantemente, solo per formarsi di nuovo. Se una pentola di acqua su una stufa viene riscaldata, le molecole d'acqua si muovono più velocemente mentre assorbono più energia termica. Più caldo è il liquido, più le molecole si muovono. Quando le molecole assorbono abbastanza energia, quelle sulla superficie si liberano nella fase gassosa del vapore. Non c'è legame di idrogeno nel vapore acqueo. Le molecole energizzate fluttuano in modo indipendente, ma mentre si raffreddano, perdono energia. Dopo la condensazione, le molecole d'acqua sono attratte l'una dall'altra e i legami di idrogeno si formano ancora una volta nella fase liquida.
Legame idrogeno nel ghiaccio
Il ghiaccio è una struttura ben definita, a differenza dell'acqua nel la fase liquida. Ogni molecola è circondata da quattro molecole d'acqua, che formano legami idrogeno. Poiché le molecole di acqua polare formano cristalli di ghiaccio, devono orientarsi in un array come un reticolo tridimensionale. C'è meno energia e quindi meno libertà di vibrare o muoversi. Una volta che si dispongono in modo che le loro cariche attrattive e repulsive siano bilanciate, i legami di idrogeno si installano in questo modo finché il ghiaccio assorbe il calore e si scioglie. Le molecole d'acqua nel ghiaccio non sono imballate così strettamente come sono nell'acqua liquida. Poiché sono meno densi in questa fase solida, il ghiaccio galleggia nell'acqua.
L'acqua come solvente
Nelle molecole d'acqua l'atomo di ossigeno attrae gli elettroni caricati negativamente più fortemente dell'idrogeno. Questo dà all'acqua una distribuzione asimmetrica della carica in modo che sia una molecola polare. Le molecole d'acqua hanno entrambe le estremità caricate positivamente e negativamente. Questa polarità consente all'acqua di dissolvere molte sostanze che hanno anche polarità o una distribuzione di carica non uniforme. Quando un composto ionico o polare viene esposto all'acqua, le molecole d'acqua lo circondano. Poiché le molecole d'acqua sono piccole, molte di esse possono circondare una molecola del soluto e formare legami idrogeno. A causa dell'attrazione, le molecole d'acqua possono separare le molecole di soluto in modo che il soluto si dissolva nell'acqua. L'acqua è il "solvente universale" perché scioglie più sostanze di qualsiasi altro liquido. Questa è una proprietà biologica molto importante.
Proprietà fisiche dell'acqua
La rete idrica di legami a idrogeno gli conferisce una forte coesione e tensione superficiale. Questo è evidente se l'acqua viene lasciata cadere su carta oleata. Le gocce d'acqua formeranno perline poiché la cera non è solubile. Questa attrazione creata dal legame dell'idrogeno mantiene l'acqua in una fase liquida su un ampio intervallo di temperature. L'energia necessaria per rompere i legami di idrogeno fa sì che l'acqua abbia un alto calore di vaporizzazione, in modo che impieghi una grande quantità di energia per convertire l'acqua liquida nella sua fase gassosa, il vapore acqueo. Per questo, l'evaporazione del sudore - che viene usata come sistema di raffreddamento da molti mammiferi - è efficace perché una grande quantità di calore deve essere rilasciata dal corpo di un animale per rompere i legami idrogeno tra le molecole d'acqua.
< h2> Legame idrogeno nei biosistemi
L'acqua è una molecola versatile. Può legare idrogeno a se stesso e anche a qualsiasi altra molecola che abbia radicali OH o NH2 collegati a loro. Questo è importante in molte reazioni biochimiche. Le sue proprietà hanno reso le condizioni favorevoli per la vita su questo pianeta. Per aumentare la temperatura dell'acqua di un grado è necessaria una grande quantità di calore. Ciò consente agli oceani di immagazzinare enormi quantità di calore e moderare il clima della terra. L'acqua si espande quando si congela, cosa che ha facilitato gli agenti atmosferici e l'erosione delle strutture geologiche. Il fatto che il ghiaccio sia meno denso dell'acqua liquida consente al ghiaccio di galleggiare sugli stagni. Il livello più alto dell'acqua può congelare e proteggere molte forme di vita, che possono sopravvivere all'inverno più in profondità nell'acqua.
