How big is Akva molekulo?

Akva molekulo estas la plej malgranda unuo de akvo: unu oksigena atomo ligita al du hidrogenaj atomoj, skribata H₂O. Ĝi estas ĉirkaŭ 0,28 nanometrojn (280 pikometrojn) larĝa, mezurite kiel la spaco, kiun unu molekulo okupas inter siaj najbaroj. Nanometro estas miliardono de metro, kaj pikometro estas milono de nanometro.

Grando

Molekulo ne havas malmolan eksteran surfacon. Ĝiaj elektronoj formas nubon, kiu maldensiĝas iom post iom, do ĝia grando dependas de la maniero de mezurado.

La centroj de ĝiaj tri atomoj situas proksime unu de la alia. Ĉiu hidrogena atomo troviĝas ĉirkaŭ 0,096 nanometrojn for de la oksigena atomo, kaj la du ligoj kuniĝas laŭ angulo de ĉirkaŭ 104,5 gradoj. Tiu angulo donas al la molekulo kurban formon, kun la du hidrogenaj atomoj ĉirkaŭ 0,15 nanometrojn unu de la alia.

La elektrona nubo etendiĝas preter la centroj de la atomoj, do ĉiu molekulo okupas pli da spaco ol tio. Sciencistoj ofte taksas ĝian grandon laŭ tio, kiom proksime akvaj molekuloj pakiĝas kune. En likva akvo mezuradoj per rentgenradioj donas distancon de 0,280 nanometroj inter la centroj de najbaraj molekuloj. Lernolibra takso, bazita sur la nombro de molekuloj, kiuj eniras en unu litron da akvo, donas proksimume 0,3 nanometrojn.

Komparoj de grando

Ĉirkaŭ 290 000–360 000 akvaj molekuloj, vicigitaj unu apud alia, atingus la dikecon de homa haro, kiu estas 0,08–0,1 milimetrojn dika.
Se akva molekulo pligrandiĝus ĝis la grando de tenispilko, homa haro, kiu estas 0,1 milimetrojn dika, estus ĉirkaŭ 24 kilometrojn larĝa.
Cezia atomo, unu el la plej grandaj atomoj, estas ĉirkaŭ 0,5 nanometrojn larĝa, ne tute du fojojn tiom larĝa kiel akva molekulo.

Kial akvaj molekuloj algluiĝas unu al alia

Oksigeno tiras komunajn elektronojn pli forte ol hidrogeno. Tial la elektronoj en akva molekulo pasigas pli da tempo proksime de la oksigena atomo. Tio donas al la oksigena fino malfortan negativan ŝargon kaj al la hidrogenaj finoj malfortan pozitivan ŝargon. Molekulo kun tiel apartigitaj ŝargoj nomiĝas polusa.

Kontraŭaj ŝargoj altiras unu la alian, do ĉiu akva molekulo tiras siajn najbarojn. Tiuj altiroj nomiĝas hidrogenaj ligoj. Ili tenas akvajn molekulojn kune ĉe la surfaco de likvaĵo, kio donas al akvo surfacan tension. Tial akvo formas gutojn sur seka surfaco anstataŭ ekspandi plate.

Kiel akvo eniras en ĉelojn

Akvo rapide trairas la membranojn ĉirkaŭ multaj ĉeloj tra proteinaj kanaloj nomataj akvaporinoj. Peter Agre kune kun kolegoj identigis la unuan en la membranoj de homaj ruĝaj sangoĉeloj, kaj ĉiu ruĝa sangoĉelo portas ĉirkaŭ 200 000 el ili. Agre kundividis la Nobel-premion pri kemio de 2003 pro la malkovro de akvaj kanaloj.

En sia plej mallarĝa parto la kanalo estas 0,28 nanometrojn larĝa, ĉirkaŭ same granda kiel unuopa akva molekulo. Tial akvaj molekuloj trairas unu post alia, ĉirkaŭ 3 miliardoj da ili ĉiusekunde tra ĉiu kanalo. La mallarĝa malfermo kaj elektra ŝargo en ĝi repuŝas protonojn, la ŝargitajn partiklojn, kiuj igas likvaĵon acida. En la renoj akvaporinoj helpas repreni 99 procentojn de la akvo, kiu estas filtrita el la sango.