水には2つの異なる化学結合が存在します。 酸素原子と水素原子の間の共有結合は、電子の共有から生じます。 これは、水分子自体を一緒に保持するものです。 水素結合は、分子の塊をまとめる水分子間の化学結合です。 落下する水滴は、分子間の水素結合によって結合された水分子のグループです。
水素結合は比較的弱いですが、水中に存在する水素結合が非常に多いため、水素結合の化学的性質を大きく左右します。 これらの結合は、主に正に帯電した水素原子と負に帯電した酸素原子の間の電気的引力です。 液体の水では、水分子は振動し続けて動き続けるのに十分なエネルギーを持っています。 水素結合は絶えず形成され、切断されていますが、再び形成されるだけです。 ストーブの鍋が加熱されると、水分子はより多くの熱エネルギーを吸収するため、より速く移動します。 液体が高温になるほど、分子はより多く移動します。 分子が十分なエネルギーを吸収すると、表面の分子は自由に蒸気の気相になります。 水蒸気には水素結合はありません。 エネルギーを与えられた分子は独立して浮かんでいますが、冷えるとエネルギーを失います。 凝縮すると、水分子は互いに引き付けられ、水素結合が再び液相で形成されます。
氷は、液相の水とは異なり、明確に定義された構造です。 各分子は、水素結合を形成する4つの水分子に囲まれています。 極性の水分子は氷の結晶を形成するため、3次元の格子のように配列状に配向する必要があります。 エネルギーが少ないため、振動したり動き回ったりする自由が少なくなります。 引力と反発電荷のバランスが取れるように配置されると、氷が熱を吸収して溶けるまで、このように水素結合が確立されます。 氷の中の水分子は、液体の水の中ほど密集していません。 この固相では密度が低いため、氷は水に浮きます。
水分子では、酸素原子は水素よりも強く負に帯電した電子を引き付けます。 これにより、水に非対称の電荷分布が与えられ、極性分子になります。 水分子には、正と負の両方の電荷を持つ端があります。 この極性により、水は極性や電荷の不均一な分布を持つ多くの物質を溶解することができます。 イオン性または極性化合物が水にさらされると、水分子がそれを取り囲みます。 水分子は小さいため、それらの多くは溶質の1つの分子を取り囲み、水素結合を形成する可能性があります。 引力のために、水分子は溶質分子を引き離して、溶質が水に溶解するようにすることができます。 水は他のどの液体よりも多くの物質を溶解するため、「普遍的な溶媒」です。 これは非常に重要な生物学的特性です。
水の水素結合のネットワークは、強い凝集性と表面張力をもたらします。 これは、パラフィン紙に水を落とした場合に明らかです。 ワックスは不溶性であるため、水滴はビーズを形成します。 水素結合によって生成されるこの引力は、広範囲の温度にわたって水を液相に保ちます。 水素結合を切断するために必要なエネルギーにより、水は蒸発熱が高くなるため、液体の水を気相の水蒸気に変換するには大量のエネルギーが必要になります。 このため、多くの哺乳動物が冷却システムとして使用している汗の蒸発は、 水と水の水素結合を破壊するためには、動物の体から大量の熱を放出する必要があります 分子。
水は用途の広い分子です。 それは、それ自体、およびOHまたはNH2ラジカルが結合している他の分子にも水素結合することができます。 これは多くの生化学反応において重要です。 その特性は、この惑星での生活に有利な条件を作りました。 水温を1度上げるには大量の熱が必要です。 これにより、海洋は膨大な量の熱を蓄え、地球の気候を緩和することができます。 水は凍結すると膨張し、地質構造の風化と侵食を促進します。 氷は液体の水よりも密度が低いという事実により、氷は池に浮かぶことができます。 最高レベルの水は凍結して多くの生命体を保護することができ、それは水深の深い冬を乗り切ることができます。