Di Diane EvansAggiornato il 30 agosto 2022
L'acqua contiene due tipi distinti di legami:legami covalenti che tengono insieme gli atomi di ossigeno e idrogeno all'interno di ciascuna molecola e legami idrogeno che collegano una molecola d'acqua a un'altra. I legami covalenti conferiscono all'acqua la sua struttura molecolare, mentre i legami idrogeno creano la rete che definisce le proprietà generali del liquido.
Nell’acqua liquida, i legami idrogeno sono relativamente deboli, ma il loro numero domina il comportamento della molecola. Derivano dall'attrazione elettrostatica tra gli atomi di idrogeno parzialmente positivi e gli atomi di ossigeno parzialmente negativi. Poiché le molecole sono costantemente in movimento, questi legami si formano e si rompono dinamicamente. Il riscaldamento aumenta l’energia cinetica molecolare, rafforzando la tendenza dei legami a rompersi e consentendo all’acqua di vaporizzare. Nella fase gassosa, le molecole d'acqua vanno alla deriva in modo indipendente; una volta raffreddati, i legami idrogeno si ristabiliscono e il liquido si riforma.
Il ghiaccio adotta un reticolo cristallino in cui ciascuna molecola d'acqua è coordinata tetraedricamente da quattro vicine attraverso legami idrogeno. Questa disposizione ordinata limita il movimento molecolare, rendendo il ghiaccio meno denso dell’acqua liquida. Di conseguenza, il ghiaccio galleggia, fornendo una coperta protettiva sui corpi d'acqua che sostiene la vita acquatica durante l'inverno.
La polarità dell’acqua – una distribuzione non uniforme della carica causata dall’atomo elettronegativo di ossigeno – le consente di circondare e separare ioni e molecole polari. Le piccole dimensioni delle molecole d’acqua fanno sì che molte di esse si raggruppino attorno a un soluto, formando legami idrogeno che separano il soluto. Questo spiega perché l'acqua dissolve più sostanze di qualsiasi altro liquido, guadagnandosi il titolo di "solvente universale".
Il legame idrogeno conferisce elevata coesione e tensione superficiale, evidenti quando le goccioline cadono sulle superfici cerate. Ciò spiega anche l’elevato calore di vaporizzazione dell’acqua, che rende la sudorazione un efficace meccanismo di raffreddamento per i mammiferi. La grande energia necessaria per rompere i legami idrogeno fa sì che l'acqua rimanga liquida in un ampio intervallo di temperature, supportando i processi vitali.
Oltre all’autointerazione, l’acqua forma legami idrogeno con molecole che possiedono gruppi idrossilici (OH) o amminici (NH₂), una caratteristica fondamentale per innumerevoli reazioni biochimiche. La capacità dell'acqua di stabilizzare strutture e trasportare molecole, insieme alla sua capacità di buffer termico, è stata indispensabile per l'evoluzione della vita sulla Terra.
