Вода - одна з найбільш своєрідних відомих речовин. Це невелика і проста молекула, але після її очевидної простоти вона представляє дивовижну складність, що робить її особливо корисною для життя.

вода

Молекули води щільно зв’язані між собою. Парадоксальним є те, що вода - це рідина, хоча її молекули в середньому міцно зв’язані. Це явище зумовлене тимчасовим характером мостів водню, які постійно утворюються та руйнуються, забезпечуючи рухливість молекул води. Молекула води може зв’язуватися максимум з 4 іншими молекулами за допомогою мостів водню, діючи в двох з них як донор, а в інших двох - як акцептор:

Модель кубічного льоду

Ви дуже добре бачите 4 мости водню, які утворюють центральну молекулу води.

У льоду ці водневі містки є більш-менш стабільними *, тоді як у рідкій воді вони є тимчасовими за своєю природою, за оцінками, період напіввиведення становить близько пікосекунд. Підводячи підсумок, ми можемо розглядати рідку воду як «нескінченну» мережу містків водню при постійному створенні та розриві. З іншого боку, є дані, що молекули води пов’язують утворюючі угруповання - «скупчення» - відносно довгоживучих молекул, в яких молекули підтримують досить стабільну мережу мостів водню в цілому.

Вода в рідкому стані

Вода може дисоціювати з дуже малою ймовірністю. Крім того, новоутворені іони при дисоціації води, як правило, швидко притягуються і рекомбінують. Тому його концентрація в чистій воді дуже низька, 1х10 -7 М (порівняйте з концентрацією недисоційованої води, 55,5 М)

Слід враховувати, що не існує "оголених" іонів Н +, тобто протонів, навіть незважаючи на те, що ця номенклатура зазвичай використовується. Що є іони гідронію H3O +, які в свою чергу гідратуються. Те саме відбувається з аніонами HO - ті, які сильно пов'язані з молекулами води.

Скільки іонів H3O + є у сферичної бактерії діаметром 2 мкм, якщо припустити, що її внутрішня частина знаходиться при рН 7,0? . Щоб знати відповідь, натисніть тут.

Транспорт "протонів" по воді.

Існування резонансу у водневому зв’язку робить рухливість іона H3O + у воді набагато більшою, ніж у будь-якого іншого іона, оскільки заряд можна переносити на велику відстань і швидко, замість того, щоб рухати іон як такий:

Це явище створює цікаву проблему для білків, що транспортують воду, в мембранах або квадоринах: вони повинні дозволяти проходження молекул води БЕЗ іонів водню, що проходять одночасно, оскільки в цьому випадку мембранний потенціал розсіюється. Вони роблять це, розділяючи і змушуючи молекули води обертатися, утворюючи специфічний водневий міст, тим самим порушуючи мережу водневих містків, що їх об’єднують, і дозволяючи швидке проходження іонів водню. Крім того, позитивно заряджений залишок у каналі діє як бар'єр для руху катіонів.

* Водневі містки в льоду не є повністю стабільними, хоча період їх напіврозпаду довший, ніж у рідкій воді.