How big is Veemolekul?

Veemolekul on vee väikseim osake: üks hapniku aatom, millega on seotud kaks vesiniku aatomit, kirjutatuna H₂O. Selle läbimõõt on umbes 0,28 nanomeetrit (280 pikomeetrit), mõõdetuna selle järgi, kui palju ruumi võtab üks molekul oma naabrite seas. Nanomeeter on meetri miljardik ja pikomeeter on nanomeetri tuhandik.

Suurus

Molekulil ei ole kõva välispinda. Selle elektronid moodustavad pilve, mis hõreneb järk-järgult, mistõttu sõltub molekuli suurus sellest, kuidas seda mõõdetakse.

Molekuli kolme aatomi keskpunktid asuvad üksteise lähedal. Kumbki vesiniku aatom on hapniku aatomist umbes 0,096 nanomeetri kaugusel ja kaks sidet moodustavad umbes 104,5-kraadise nurga. See nurk annab molekulile nurgelise kuju, kusjuures kaks vesiniku aatomit on teineteisest umbes 0,15 nanomeetri kaugusel.

Elektronpilv ulatub aatomite keskpunktidest kaugemale, nii et iga molekul võtab rohkem ruumi kui need. Teadlased hindavad molekuli suurust sageli selle järgi, kui tihedalt veemolekulid on kokku pakitud. Röntgenmõõtmiste järgi on naabermolekulide keskpunktid vedelas vees teineteisest 0,280 nanomeetri kaugusel. Õpikuhinnang, mis põhineb sellel, mitu molekuli mahub liitrisse vette, annab ligikaudu 0,3 nanomeetrit.

Suuruste võrdlused

Umbes 290 000–360 000 veemolekuli, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni; juuksekarva laius on 0,08–0,1 millimeetrit.
Kui veemolekul oleks suurendatud tennisepalli suuruseks, oleks 0,1 millimeetri laiune inimese juuksekarv umbes 24 kilomeetrit lai.
Tseesiumi aatom, üks suurimaid aatomeid, on umbes 0,5 nanomeetri läbimõõduga, mitte päris kaks korda nii lai kui veemolekul.

Miks veemolekulid hoiavad kokku

Hapnik tõmbab ühiseid elektrone tugevamini kui vesinik. Seetõttu veedavad veemolekuli elektronid rohkem aega hapniku aatomi lähedal. Nii saab hapniku ots kerge negatiivse laengu ja vesiniku otsad kerge positiivse laengu. Sellist molekuli, milles laengud on nii lahus, nimetatakse polaarseks.

Vastasmärgilised laengud tõmbavad teineteist ligi, mistõttu iga veemolekul tõmbab oma naabreid. Neid tõmbejõude nimetatakse vesiniksidemeteks. Need hoiavad veemolekule vedeliku pinnal koos, mis annab veele pindpinevuse. Seepärast moodustab vesi kuival pinnal tilku, selle asemel et lamedalt laiali valguda.

Kuidas vesi rakkudesse jõuab

Vesi läbib paljude rakkude ümber olevaid membraane kiiresti valgukanalite kaudu, mida nimetatakse akvaporiinideks. Peter Agre ja tema kolleegid tuvastasid esimese neist inimese punaliblede membraanis ning igal punaliblel on neid umbes 200 000. Agre jagas 2003. aasta Nobeli keemiaauhinda veekanalite avastamise eest.

Kitsaimas kohas on kanal 0,28 nanomeetrit lai, umbes üksiku veemolekuli suurune. Seetõttu läbivad veemolekulid kanali ühekaupa reas, umbes 3 miljardit molekuli sekundis läbi iga kanali. Kitsas ava ja selle sees olev elektrilaeng tõrjuvad prootoneid tagasi, laetud osakesi, mis muudavad vedeliku happeliseks. Neerudes aitavad akvaporiinid tagasi imada 99% verest välja filtreeritud veest.