U čemu leži tajna iza neobičnog svojstva vode da u tečnom stanju ima veću gustinu nego u čvrstom ?

Samo jedno od brojnih neobičnih svojstava vode (H2O), usled kojeg je život na Zemlji opstao, je to da za razliku od većine ostalih jedinjenja ona - u tečnom stanju ima veću gustinu nego u čvrstom (kada je zaledjena). Što dovodi to toga da led umesto da potone, ostaje da pluta na njenoj površini. Da kojim slučajem nema ove hemijske anomalije vode, reke i jezera bi se smrzavali od vrha do dna umesto samo na površini (što omogućava životu da prezimljava u toplijoj vodi ispod tačke mržnjenja). Da nema ove anomalije, pitanje je da li bi život uopšte i imao svoju evolucionu istoriju.

Da je kojim slučajem led teži od vode, padao bi na dno, a reke i jezera bi se smrzavali
od vrha do dna  umesto samo na površini. Život ne bi bio u stanju da prezimljava
o opstaje u toplijoj vodi ispod tačke mržnjenja.

Dobro, otkuda ova anomalija, zašto je led lakši od vode ?

Veća gustina u tečnom stanju vode je rezultat neuobičajenog ponašanja njenih molekula. Zapravo, molekuli vode se odlikuju polarnošću, zbog asimetrične distribucije elektrona. U prostornom rasporedu, u molekulu vode, vodonikovi atomi (H) se nalaze pod uglom od 104,3 stepena u odnosu na atom kiseonika (O) zbog čije se izrazite elektronegativnosti formiraju dve kovalentne veze O-H i dve hidrogenske veze kojima se medjusobno privlače atomi vodonika sa susednim molekulima vode.

Vodonikovi atomi (H) se nalaze pod uglom od
104,3 stepena u odnosu na atom kiseonika (O)

Šta su i zašto nastaju hidrogenske veze medju molekulima vode ?

Hidrogenska veza je posledica elektronegativnost atoma. Elektronegativnost možemo najjednostavnije definisati kao "snagu kojom jezgro atoma privlači elektrone ka sebi" Veoma elektronegativan atom, kao što je recimo atom fluora, teži da privuče ka sebi ne samo svoje sopstvene elektrone, već i elektrone iz kovalentne veze sa drugim atomima.

Kada se susretnu dva atoma koji nemaju jednaku elektronegativnost, elektronegativniji element teži da ka sebi privuče elektrone iz njihove veze. Kod molekula vode, imamo kisonik (O) koje ima znatno veću elektronegativnost od atoma vodonika (H). Što dovodi do toga da se elektroni u molekulu vode kreću tako da duže ostaju na strani kiseonika a manje na strani vodonika. Jedna strana molekula postaje pozitivno a druga više negativno naelektrisana. Ako bi smo to grafički prikazali izgledalo bi ovako :

Zbog većе elektronegativnosti atoma kiseonika, kovalentna veza
izmedju O i H ima polaran karakter što omogućava da se molekuli
vode medjuosbno privlače gradeći tako hidrogenske veze.

Važna stvar je to što su ove hidrogenske veze znatno slabije od kovalentnih. Zbog ovoga, voda se ponaša kao velika trodimenzionalna mreža, koja je u stanju da se neprestano reorganizuje.

Na temperaturi nižoj od 0 stepeni celzijusa ova trodimenzionalna mreža usporava kretanje molekula sve dok ne uspostavi pravilan oblik u kojoj je svaki molekul vode vezan hidrogenskom vezom za 4 okolna molekula vode tj dok ne postane led. Dok u tečnom stanju slučajni pokreti molekula izazivaju stalno pucanje hidrogenskih veza, i stvaranje novih, hiljadama milijardi puta u sekundi. U tečnom stanju trodimenzionalna mreža omogućava molekulima H20 da ostvare i više od 4 veze sa susednim molekulom. Upravo taj nepravilan oblik rešetke omogućava tečnoj vodi da ima veću gustinu.

U tečnom stanju slučajni pokreti molekula izazivaju stalno pucanje hidrogenskih veza, i stvaranje novih, hiljadama milijardi puta u sekundi. kao posledica toga molekuli vode mogu da ostvare više od 4 veze sa susednim molekulom istovremeno - što je ključan razlog zašto tečna voda ima veću gustinu od leda.

Pored ove anomalije za koju je pre svega zahvalna polarnost molekula vode, postoji i još jedna izuzetno važna. Polarnost omogućava da voda bude glavni medijum za transportovanje velike količine disosovanih jona, kao i različitih polarnih organskih jedinjenja (sećera, amino kiselina, proteina), koji čine osnovne gradivne blokove svih živih organizama na planeti. O drugim "anomalijama", biće reči u nekom od narednih tekstova.