第5节：水

水

水对地球上一切生命形式都至关重要。生命最初很可能就是在水这种介质中演化出来的，而且水普遍存在于所有细胞之中。希腊神话中象征水的原初神祇 Hydros 被描绘为最早存在的存在之一，没有先祖，并孕育出大地女神盖亚，这一点颇具象征意味。

水在生物学中如此重要，以至于这一整节都围绕这个结构简单的分子展开。

水分子

我们已经在上一节关于原子相互作用的内容中简要地讨论了水（H₂O）的分子结构。一个分子由两个氢原子组成，它们与一个氧原子共价结合。氧的高电负性导致了分子内的极性，导致氧上有负的部分电荷，而氢上有正的部分电荷。该图显示了水分子结构的不同表示方法。

水的状态

与其他物质一样，水也可以处于不同物态，即固态、液态和气态。这些物态主要由水分子彼此之间形成的氢键数量决定。在液态水中，氢键不断断裂又重新形成。较低温度会增加通过氢键相互作用的分子比例，使其聚集体凝固并形成有序结构；较高温度则会破坏氢键，使水分子彼此分离。

亲水性与疏水性

分子的极性是一种重要化学特征。像水这样的极性分子会相互吸引，正如烃类等非极性分子也倾向于彼此聚集。相反，极性分子和非极性分子彼此不相容。由于水是如此重要且普遍存在的介质，极性物质称为亲水性物质，非极性化合物称为疏水性化合物。疏水分子的聚集还会受到疏水相互作用加强，例如范德华力。

在水中的溶解度

不同物质在水中的溶解度由其极性决定。Na⁺ 和 Cl⁻（NaCl，食盐）等离子，以及乙醇等极性（亲水）分子可溶于水；而脂质等疏水性分子则不溶于水。在溶液中，水分子会在可溶性分子或离子周围形成水合壳。尤其是离子，会在这一过程中彼此分离，如图所示。

下一节将讨论酸和碱，即在水溶液中解离的重要化合物。