How big is Moleculă de apă?

O moleculă de apă este cea mai mică unitate de apă: un atom de oxigen unit cu doi atomi de hidrogen, scrisă H₂O. Are aproximativ 0,28 nanometri (280 de picometri) în diametru, măsurată ca spațiul pe care îl ocupă o moleculă printre moleculele vecine. Un nanometru este o miliardime de metru, iar un picometru este o miime de nanometru.

Dimensiune

O moleculă nu are o suprafață exterioară dură. Electronii ei formează un nor care se rărește treptat, așa că dimensiunea ei depinde de felul în care este măsurată.

Centrele celor trei atomi ai ei se află aproape unul de altul. Fiecare atom de hidrogen se află la aproximativ 0,096 nanometri de atomul de oxigen, iar cele două legături formează un unghi de aproximativ 104,5 grade. Unghiul acesta dă moleculei o formă îndoită, cu cei doi atomi de hidrogen la aproximativ 0,15 nanometri unul de altul.

Norul de electroni se întinde dincolo de centrele atomilor, așa că fiecare moleculă ocupă mai mult spațiu decât atât. Oamenii de știință estimează adesea dimensiunea ei după cât de strâns se grupează moleculele de apă. În apa lichidă, măsurătorile cu raze X situează centrele moleculelor vecine la 0,280 nanometri unul de altul. O estimare din manuale, bazată pe câte molecule încap într-un litru de apă, dă aproximativ 0,3 nanometri.

Comparații de dimensiune

Aproximativ 290.000–360.000 de molecule de apă puse una lângă alta ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care are o grosime de 0,08–0,1 milimetri.
Dacă o moleculă de apă ar fi mărită până la dimensiunea unei mingi de tenis, un fir de păr uman gros de 0,1 milimetri ar avea o lățime de aproximativ 24 de kilometri.
Un atom de cesiu, unul dintre cei mai mari atomi, are aproximativ 0,5 nanometri în diametru, adică puțin sub dublul lățimii unei molecule de apă.

De ce se țin moleculele de apă una de alta

Oxigenul atrage electronii comuni mai puternic decât hidrogenul. Astfel, electronii dintr-o moleculă de apă petrec mai mult timp lângă atomul de oxigen. Capătul cu oxigen primește o ușoară sarcină negativă, iar capetele cu hidrogen o ușoară sarcină pozitivă. O moleculă cu sarcinile separate astfel se numește polară.

Sarcinile opuse se atrag, așa că fiecare moleculă de apă le atrage pe cele vecine. Aceste atracții se numesc legături de hidrogen. Ele țin moleculele de apă laolaltă la suprafața unui lichid, ceea ce dă apei tensiunea superficială. Din acest motiv apa formează picături pe o suprafață uscată, în loc să se întindă plat.

Cum ajunge apa în celule

Apa trece rapid prin membranele din jurul multor celule, prin canale proteice numite aquaporine. Peter Agre și colegii săi au identificat prima aquaporină în membranele globulelor roșii umane, iar fiecare globulă roșie are aproximativ 200.000 de astfel de canale. Agre a împărțit Premiul Nobel pentru Chimie din 2003 pentru descoperirea canalelor de apă.

În cel mai îngust punct, canalul are 0,28 nanometri lățime, aproximativ cât o singură moleculă de apă. Moleculele de apă trec, așadar, în șir indian, aproximativ 3 miliarde în fiecare secundă prin fiecare canal. Deschiderea îngustă și o sarcină electrică din interior resping protonii, particulele încărcate care fac un lichid acid. În rinichi, aquaporinele ajută la recuperarea a 99% din apa filtrată din sânge.