Vandens molekulė susidaro vandeniliui reaguojant su deguonimi.

2H₂+ 0₂→2H₂0
Vandenilis + deguonis → vanduo

Vandenilio ir deguonies atomai vandens molekulėje yra susijungę kampu. Dėl
tokio teigiamų vandenilio H ir neigiamo deguonies O atomų išsidėstymo, dėl skirtingo jų elektrinio neigiamumo molekulė polinė. Vanduo H₂O yra sudarytas iš polinių molekulių, susijungusių vandeniliniu ryšiu.

Išnagrinėkime detaliai. Vandens molekulę sudaro vienas deguonies ir du vandenilio atomai. Kiekvienas deguonies atomas savo išoriniame elektronų debesyje turi šešis elektronus, o kiekvienas vandenilio atomas – tik vieną elektroną, todėl abu vandenilio atomai dalijasi savo elektronais su deguonies atomu. Kai abu vandenilio atomai sudaro po vieną kovalentinį ryšį su deguonies atomu, susidaro patvari vandens molekulė.

Tačiau deguonies atomas branduolyje turi daugiau protonų negu vandenilio atomai ir, susidarant kovalentiniam ryšiui, elektronus, kuriais atomai dalijasi, prie savęs traukia stipriau. Taip molekulės galas, kuriame yra deguonis, įgyja neigiamesnį krūvį (2δ^–), o galas, kuriame yra vandeniliai,- teigiamesnį krūvį (δ⁺). Sakoma, kad vandens molekulė yra polinė.

Dvi vandens molekulės, esančios arti viena kitos, savo priešingais krūviais traukia viena kitą. Taip susidaro vandenilinis ryšys.

cheminis ryšys, kuris susidaro tarp polinės vienos molekulės vandenilio atomų ir kitos molekulės didelio elektrinio neigiamumo elemento atomų, vadinamas vandeniliniu ryšiu.

Garinant vandenį, vandeniliniai ryšiai nutrūksta ir molekulės atsiskiria. Tačiau pačios molekulės nesuyra. Ryšys tarp vandens molekulių yra daug silpnesnis už kovalentinį ryšį tarp atomų.
Vandenilinis ryšys susidaro ne tik tarp vandens molekulių, bet ir tarp kitų medžiagų, pavyzdžiui, skysto amoniako molekulių.

Vandenilinis ryšys tuo stipresnis, kuo didesnis elektrinis neigiamumas atomo, su kuriuo vandenilis jungiasi. Stipriausi vandeniliniai ryšiai sieja HF molekules. Vandenyje vandeniliniai ryšiai stiprūs, NH₃ – silpnesni, o tarp CH₄ molekulių jie visai nesusidaro.

Vandeniliniai ryšiai lemia fizikines vandens savybes. Vanduo yra bespalvis, bekvapis skystis, jo tankis 1 g/cm³, kai temperatūra 4 °C, virimo temperatūra 100 °C, užšalimo (kristalizacijos) 0 °C.
Vanduo yra daugumos medžiagų – kietųjų, skystųjų ir dujinių – tirpiklis. Tai lemia su molekulių sandara susijusios vandens savybės. Tirpdamos vandenyje medžiagos hidratuojasi – prisijungia vandens molekulių.

hidratacija – polinių vandens molekulių prisijungimas.

Vienu iš tokių hidratacijos dažniausiai sutinkamų pavyzdžių yra paprastos valgomosios druskos (natrio chlorido kristalų) įbėrimas į vandenį. Natrio chloridas yra joninis junginys, sudarytas iš Na⁺ ir Cl^– jonų, jis lengvai tirpsta vandenyje. Teigiamieji kristalų jonai priartėja prie vandens molekulių neigiamojo poliaus, o neigiamieji chloro jonai – prie teigiamojo poliaus, todėl jonai pereina į tirpalą. Natrio chloridui tirpstant, iš karto vyksta du procesai: yra natrio chlorido kristalas, natrio ir chloro jonai hidratuojasi.

Sukibimas.

Pati svarbiausia vandens molekulių savybė yra ta, kad jos dėl vandenilinių ryšių gali sukibti su kitomis vandens molekulėmis. Atskira vandens molekulė neturi elektros krūvio. Ji yra elektriškai neutrali. Iš viso ji turi 10 protonų ir 10 elektronų. Tačiau, kaip jau žinote, deguonies atomo branduolys pritraukia abiejų vandenilio atomų branduolių elektronus, todėl susidaro polinės molekulės. Dėl molekulių poliškumo gali susidaryti vandeniliniai ryšiai. Nors vandeniliniai ryšiai yra silpni, jų yra tiek daug, kad molekulės sukimba ir sudaro tvirtą struktūrą. Toks molekulių sukibimas vadinamas sankiba (kohezija). Vandens molekulių sukibimas suteikia vandeniui ypatingų savybių.

Vanduo ląstelėse sudaro tą terpę, kur vyksta medžiagų pernaša, fermentų katalizuojamos metabolinės reakcijos, cheminės energijos pernaša ir kt. Todėl visi gyvosios ląstelės struktūriniai elementai turi prisitaikyti prie fizikinių ir cheminių vandens savybių. Vanduo ir jo jonizacijos produktai H⁺ ir OH^– veikia įvairius ląstelės komponentus, pvz., baltymus, nukleorūgštis, lipidus ir kt. Palyginus su daugeliu kitų skysčių, vandens virimo ir garavimo temperatūra yra aukšta. Tai rodo stiprų vidinį molekulių sukibimą.

Chemiškai vanduo yra vandenilio oksidas, sudarytas iš 11,11 % vandenilio ir 88,89 % deguonies. Abu vandenilio atomai molekulėje išsidėstę į vieną pusę nuo deguonies. Vandens molekulėje deguonies atomas yra sp³ hibridizacijos, todėl valentinis kampas HOH (104,5°) artimas tetraedriniam kampui. Elektronų pora, sudaranti O–H ryšį, pasislinkusi elektriškai neigiamesnio deguonies atomo link. Dėl poslinkio vandenilio atomai įgauna dalinį teigiamą krūvį, o deguonies atomas – dalinį neigiamą krūvį, todėl vanduo yra polinė medžiaga.

Garų būsenos vandens santykinė molekulinė masė lygi 18 ir atitinka vandens formulę H₂O. Tačiau skystos būsenos vanduo yra asocijuotas, t. y. kartu su paprasta H₂O struktūra randama ir sudėtingesnių – (H₂O)_n, čia n=1, 2, 3. Kietos būsenos (ledo) kiekvienos molekulės deguonies atomas sudaro du vandenilinius ryšius su gretutinėmis vandens molekulėmis. Molekulės sudaro tam tikrus molekulinius sluoksnius, kuriuose kiekviena molekulė sudaro tris vandenilinius ryšius su to paties sluoksnio molekulėmis ir vieną su kito sluoksnio. Dėl šios priežasties ledo struktūra yra labai nekompaktiška.

Ledui tirpstant, ima irti vandeniliniai ryšiai. Apie 0 °C temperatūros skystame vandenyje aptinkama ledo struktūrų ir laisvų vandens molekulių, kurios užima ertmes ledo struktūroje. Todėl vandens tankis tirpstant ledui didėja. Šildant vandenį, vyksta tolesnis vandenilinių ryšių irimas ir vandens tankis didėja, pasiekdamas maksimumą esant +4 °C temperatūrai. Nuo +4 °C įsivyrauja šiluminis molekulių judėjimas ir vandens tankis pradeda mažėti. Kaitinant vandenį, dalis šiluminės energijos panaudojama vandeniliniams ryšiams suardyti (25,2 kJ/mol), todėl vandens šiluminė talpa yra tokia didelė.

Vanduo kaip tirpiklis.

Daugelis biocheminių reakcijų vyksta vandeningoje ląstelės citoplazmoje. Vandenyje ištirpę cheminiai junginiai lengvai juda iš vienos vietos į kitą ir gali reaguoti su kitais cheminiais junginiais. Vandens molekulės yra polinės, todėl gali pritraukti krūvį turinčias daleles, kaip antai jonus, arba kitas polinės molekules, pavyzdžiui, gliukozės. Štai tirpale natrio ar kalio katijonai būna apsupti vandens molekulių. Dėl neigiamesnio vandens molekulės, kuriame yra deguonies atomas, galo jis yra traukiamas prie teigiamojo katijono. Taip atsitinka ir su anijonais, kaip antai chloro, kuriuos pritraukia šiek tiek teigiamesnis vandens molekulės galas, kuriame yra vandenilio atomai. Nepolinės molekulės, pavyzdžiui, lipidų, priešingai, vandenyje netirpsta. Taip vandens molekulės pritraukia visas molekules, išskyrus tas, kurios yra nepolinės. Lipidų hidrofobiškumas labai svarbus, nes suteikia ląstelių membranoms patvarumo.

Vanduo kaip medžiagų apykaitoje dalyvaujantis junginys ir pernašai tinkama terpė. Daugelyje ląstelėse vykstančių reakcijų vanduo arba suvartojamas, arba susidaro. Pavyzdžiui, jis vartojamas vykstant fotosintezei, o susidaro ląstelėms kvėpuojant. Vanduo kaip terpė tinka medžiagoms pernešti tiek ląstelėje, tiek organizme. Gyvūnų organizme daugelį ištirpusių medžiagų perneša kraujas ir limfa. Augaluose vanduo yra gyvybiškai svarbus medžiagoms pernešti medienos ir karnienos indais. Visiems šiems procesams vanduo svarbus kaip tirpiklis.

Straipsnio informacinė medžiaga paruošta remiantis šaltiniais:

„Dažniausiai vartojamų biomedicinos terminų ir sąvokų aiškinamasis žinynas” (medikams)/Sudaryt. Antanas Praškevičius, Laima Ivanovienė, Romualdas Gailys ir kt.-Kaunas:LSMU Leidybos namai, 2014. – 496p.(iliustr.).

Dzedulionienė Zita „chemija”: vadovėlis VIII-X klasei: suaugusiųjų ir savarankiškam mokymuisi / Zita
Dzedulionienė.- Kaunas: Šviesa, 2009.- 208 p.: iliustr.

Williams, Gareth „biologija tau”: vadovėlis (11-12 kl.), 2007.