Sezione 5 · Chimica della vita
L'acqua è assolutamente fondamentale per tutte le forme di vita sulla terra. È il mezzo in cui molto probabilmente gli organismi viventi si sono evoluti per la prima volta ed è onnipresente in tutte le cellule. È appropriato che il dio primordiale greco dell'acqua, Hydros, come uno dei primi esseri ad essere esistito, non abbia antenati e abbia portato la terra, Gaia, all'esistenza.
L'acqua è così importante in biologia che tutta questa sezione riguarda questa molecola strutturalmente semplice.
Abbiamo già discusso brevemente la struttura molecolare dell'acqua (H₂O) in una sezione precedente sulle interazioni atomiche. Una singola molecola consiste di due atomi di idrogeno che sono legati covalentemente ad un atomo di ossigeno. L'alta elettronegatività dell'ossigeno causa una polarità all'interno della molecola, risultante in una carica parziale negativa all'ossigeno e cariche parziali positive agli idrogeni. La figura mostra diversi modi di rappresentazione della struttura della molecola dell'acqua.
L'acqua, come altre sostanze, ha diversi stati della materia, cioè solido, liquido e gassoso. Questi stati sono determinati principalmente dalla quantità di legami a idrogeno che le molecole d'acqua formano tra di loro. Nello stato liquido, i legami a idrogeno si rompono costantemente e si formano di nuovo. Le temperature più basse aumentano la quota di molecole che interagiscono attraverso i legami a idrogeno e solidificano e strutturano la loro aggregazione, mentre le temperature più alte rompono i legami a idrogeno e fanno dissociare le molecole d'acqua.
La polarità di una molecola è una caratteristica chimica importante. Le molecole polari come l'acqua si attraggono a vicenda, così come le molecole non polari come gli idrocarburi si aggregano tra loro. Al contrario, le molecole polari e non polari si respingono a vicenda. Poiché l'acqua è un mezzo così importante e onnipresente, le sostanze polari sono chiamate idrofile, mentre i composti non polari sono chiamati idrofobici. L'aggregazione di molecole idrofobiche è anche rafforzata da interazioni idrofobiche, per esempio attraverso le "forze di Van der Waals".
La solubilità di diverse sostanze in acqua è determinata dalla loro polarità. Ioni come Na⁺ e Cl⁻ (NaCl, sale comune), o molecole polari (idrofile) come l'etanolo sono solubili in acqua, mentre i lipidi per esempio, essendo idrofobici, non lo sono. In una soluzione, le molecole d'acqua formano dei sfere di solvatazione intorno alle molecole solubili o agli ioni. Gli ioni in particolare sono separati l'uno dall'altro in questo processo, come illustrato qui.
La prossima sezione parlerà di acidi e basi - composti molto importanti che si dissociano in soluzione acquosa.
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