L’acqua ha effetti importanti su tutti i sistemi biologici. Ciò che rende l’acqua così unica sono due proprietà molto importanti.

L’acqua è una molecola polare

Una molecola d’acqua si forma quando due atomi di idrogeno si legano covalentemente con un atomo di ossigeno. In un legame covalente gli elettroni sono condivisi tra gli atomi. Nell’acqua la condivisione non è uguale. L’atomo di ossigeno attrae gli elettroni più fortemente dell’idrogeno e questo dà all’acqua una distribuzione asimmetrica della carica. Le molecole che hanno estremità con cariche negative e positive parziali sono note come molecole polari. È questa proprietà polare che permette all’acqua di separare le molecole polari del soluto e spiega perché l’acqua può dissolvere così tante sostanze.

L’acqua è altamente coesiva.

Le regioni positive in un’acqua attireranno le regioni caricate negativamente in altre acque. I trattini mostrano il legame a idrogeno. In un legame a idrogeno un atomo di idrogeno è condiviso da altri due atomi. Il donatore è l’atomo a cui l’idrogeno è più strettamente legato. L’accettore (che ha una parziale carica negativa) è l’atomo che attira l’atomo di idrogeno. Clicca qui o sull’immagine alla tua sinistra per vedere un filmato di due molecole d’acqua.

I legami idrogeno sono molto più deboli dei legami covalenti. Tuttavia, quando un gran numero di legami a idrogeno agiscono all’unisono, hanno un forte effetto contribuente. Questo è il caso dell’acqua.

Vedi: legami a idrogeno in acqua e ghiaccio — Legami a idrogeno in acqua e ghiaccio usando Jsmol

L’acqua liquida ha una struttura parzialmente ordinata in cui i legami a idrogeno vengono costantemente formati e spezzati.

Guarda un filmato flash delle molecole d’acqua in azione.

D’altra parte il ghiaccio ha una struttura reticolare rigida.

Nell’acqua liquida ogni molecola è legata a idrogeno a circa 3,4 altre molecole d’acqua. Nel ghiaccio ogni molecola è legata a idrogeno ad altre 4 molecole.

Confrontate le due strutture qui sotto. Nota gli spazi vuoti all’interno della struttura del ghiaccio.

Nel ghiaccio Ih, ogni acqua forma quattro legami a idrogeno con distanze O—O di 2,76 Angstrom al vicino di ossigeno più vicino. Gli angoli O-O-O sono di 109 gradi, tipici di una struttura reticolare coordinata tetraedricamente. La densità del ghiaccio Ih è 0,931 gm/cubic cm. Questo si confronta con una densità di 1,00 gm/cubo cm. per l’acqua.

Si conoscono undici forme diverse di ghiaccio cristallino. La forma di esaganolo conosciuta come ghiaccio Ih è l’unica che si trova in natura. La struttura reticolare del ghiaccio 1h è mostrata qui.

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