Le proprietà dell'acqua

La vita nelle forme in cui la conosciamo non potrebbe esistere senza acqua. Tutte le cellule, sia di organismi acquatici che terrestri, contengono più del 70% di acqua. La sua molecola ha proprietà inusuali quando le si mettono a confronto con quelle di molecole simili in struttura o dimensione come NH₃, HF or H₂S.

Tutte queste proprietà indicano che le interazioni tra le singole molecole d'acqua devono essere insolitamente più forti.

La struttura ed il legame ad Idrogeno

L'angolo di legame della molecola d'acqua, 104,5° e la differenza di elettronegatività tra H ed O conferisce una forte caratteristica ionica al legame OH che comporta a sua volta un momento di dipolo elevato. La molecola d'acqua è una molecola fortemente polare

Le proprietà uniche dell'acqua si originano dalle interazioni tra l'H di una molecola e il doppietto solitario di elettroni di un'altra molecola d'acqua. Questa interazione è chiamata legame ad idrogeno. Queste interazioni possono originarsi in tutte le molecole in cui sia presente un H su un gruppo donatore (-O-H or –N-H) ed un doppietto solitario su un gruppo accettore (O=C, O-H). Importante è che nel gruppo donatore ci sia un'appropriata differenza di elettronegatività L'energia di un legame ad idrogeno è dell'ordine di @ 20 kJ/mol mentre quella di un legame O-H è 460 kJ/mol. Esso è comunque molto importante per le biomolecole dal momento che esse presentano in genere molti legami ad idrogeno che conferiscono così alta stabilità alla molecola. A causa della sua polarità l'acqua da buone interazioni con gli ioni.

Dalla tabella di fianco si può notare

Si possono avere differenti gruppi donatori in Chimica Organica: tutti devono presentare un H legato ad un atomo molto elettronegativo; come pure per i gruppi accettori è importante la presenza di doppietti elettronici solitari non coinvolti in legami. Routine in chime

Proprietà colligative

Le proprietà colligative sono proprietà delle soluzioni, abbassamento del punto di congelamento, innalzamento del punto di ebollizione e pressione osmotica, che dipendono dal nmumero di particelle di soluto presenti. La pressione osmotica è particolarmente importante nei sistemi biologici. Si sviluppa quando una membrana semipermeabile separa due soluzioni una delle quali contiene un soluto che non può passare attraverso la membrana, come accade nel caso di una cellula. L'acqua può attraversare la membrana e lo farà passando nel compartimento dove è presente il soluto non permeabile nel tentativo di uguagliare le attività ad entrambo i lati della membrama. Come si vede dalla figura di seguito questo causerà un aumento della colonna d'acqua sul lato che contiene il soluto. Si definisce pressione osmotica (p) la pressione da esercitare per impedire che la colonna d'acqua si innalzi. Si dimostra che p=RTm dove R è la costante dei gas, T la temperatura espressa in °K m è la molalità, cioè moli di soluto/kg di solvente.

Per una cellula, se l'acqua entra nella cellula la soluzione è detta Ipotonica cioè la concentrazione delle sostanze disciolte è minore nella soluzione che nella cellula. La cellula tenderà ad espandersi ed eventualmente scoppiare.

Se l'acqua esce dalla cellula, la soluzione è detta ipertonica cioè concentrazione delle sostanze disciolte è maggiore nella soluzione che nella cellula. La cellula si contrarrà.

Interazioni noncovalenti.

Le strutture e le propirietà delle biomolecole da cui dipende la vita, proteine, acidi nucleici, lipidi e caroidrati complessi, dipendono interamente dalle insolite proprietà dell'acqua e nessun un altro solvente ha propietà simili ad essa.

Le interazioni non covalenti fra biomolecole che sono essenziali al loro funzionamento dipendono interamente dalle proprietà dell'acqua.

La forza d'interazione fra due ioni è data dalla legge di Coulomb F=k[q₁q₂/e r²] dove si può vedere che essa è inversamente proporzionale ad s la costante dielettrica del solvente.

L'acqua ha un'alta costante dielettrica, il che significa che le interazioni ioiche in acqua sono molto deboli rispetto ad un altro solvente. Questo è dovuto al fatto che l'acqua solvata gli ioni attraverso interazioni carica dipolo.

Piccoli ioni in acqua possono influenzare le interazioni biomolecolari, poteggendo le cariche effettive delle biomolecole.
La forza dell'effetto dei piccoli ioni è data (I) della soluzione dove I=½S M_iZ_i².do ve c è la concentrazione degli ioni e Zi è la carica degli ioni in soluzione.