Apa ca solvent
Bazele de Biochimie. chimie fizică
Apa ca solvent
Proprietățile unice ale apei H2O sunt evidente în comparație cu metan (CH4). Ambele molecule sunt identice în greutate și dimensiuni. Cu toate acestea, punctul de apă care fierbe la 250 ° C mai mare decât punctul de fierbere al metanului. Ca urmare, apa de pe suprafața pământului este într-un lichid, iar metanul - în stare gazoasă. Punctul de fierbere ridicat este o consecință a căldurii specifice ridicate de evaporare, care la rândul său este cauzată de distribuția neuniformă a densității de electroni în molecula de apă. O moleculă de apă este sub forma unui tetraedru în centrul căruia este un atom de oxigen. Două vârfuri ale tetraedrului sunt ocupate de perechi de electroni liberi de un atom de oxigen (verde), iar celelalte două - atomii de hidrogen. Prin urmare, legăturile H-O-H sunt înclinate unul cu celălalt. Mai mult, datorită O-H legătură la electronegativitatea mare a atomilor de oxigen este polar (vezi. P. 14). Hidrogeni transporta o sarcină parțială pozitivă de aproximativ 0,4, și un atom de oxigen - sarcină negativă parțială de aproximativ 0,6, adică o moleculă de apă este un dipol electric .. De aceea, fiecare moleculă de apă, ca un magnet mic atrage datorită formării de punți de hidrogen (B) patru molecule (vezi. P. 14). Când apa se evaporă, numeroase legături de hidrogen distrugerea ztih necesită multă energie. metan molecule nepolare, dipoli și nu interacționează relativ slab unul cu celălalt. Din cauza acestui lichid metan se evaporă la temperaturi foarte scăzute.
B. Structura de apă și gheață
Structura bipolară a moleculelor de apă favorizează formarea de legături de hidrogen (vezi. P. 14). In acest caz, fiecare moleculă prezintă proprietățile donatorului și acceptor de hidrogen. De aceea, în multe molecule de apă în stare lichidă sunt legate de hidrogen „poduri“ (conexiuni) (1). în care asociații rezultate sunt în echilibru dinamic. structuri tetraedrice formate Adesea, așa-numitele „grupuri“ de apă (2). Când temperatura este redusă proporția de clustere crește până la debutul cristalizării. La presiunea atmosferică normală, apa cristalizeaza la temperatura de 0 ° C, cu majoritatea moleculelor de apă sunt încorporate într-o rețea hexagonală (3). Deoarece în stare solidă, distanța dintre moleculele în medie, mai mare decât în lichid, densitatea gheții mai mică decât densitatea apei. Această proprietate a apei este foarte importantă, în sensul ecologic, în cazul în care numai pentru că stratul de gheață de iarnă este format, iar ei rareori se congela la partea de jos în apele de suprafață.
Spre deosebire de majoritatea altor lichide Apa este un solvent ideal pentru substanțele disociindu. Într-un câmp electric al unui anumit ion, moleculele de apă formează o structură regulată în conformitate cu încărcătura de ioni. Acest înveliș hidrat scuturi ionul ionilor de sarcină opuse. Apa are o constantă dielectrică ridicată de permeabilitate (78), adică în atracția electrostatică apă a doi ioni încărcați opus este redus cu aproximativ 80 de ori (1/78). Moleculele de apă din sfera interioară situată chiar lângă ionul imobilizat substanțial (atașat la ionul) și se deplasează împreună cu ionul central. Este ușor solubil în apă și compuși neutri cu mai multe grupări hidroxil, cum ar fi glicerol (în diagrama din stânga) sau zaharuri, deoarece acestea sunt capabile să formeze legături de hidrogen cu molecule de solvent.