Ջրածնային կապերը ջրում

Դու խոսող, արարող ու սովորող ջրի մի պարկ ես։ Լավ, այդքան էլ արդարացի չէ քեզ այդպես անվանելը, բայց շատ մոտ համեմատություն էր, քանի որ մարդու մարմինը 60-70%-ով կազմված է ջրից։ Եվ դա ոչ միայն մարդկանց է վերաբերում, այլև շատ կենդանիների, նույնիսկ փոքր բակտերիաների, որոնք նույնպես հիմնականում կազմված են ջրից։ Ինչպես գիտենք, ջուրը կյանքի գոյության բանալին է։ Դա դրամատիկ է հնչում, բայց ճիշտ է․ չէ՞ որ հենց այդ դրամատիկ երևույթներն են մեր կյանքը դարձնում ավելի հետաքրքրիր։ Մեր օրգանիզմում եղած բջիջների քիմիական ռեակցիաների ու նյութափոխանակության մեծ մասը տեղի է ունենում մի միջավայրում, որտեղ ջուրն ամենակարևոր բաղադրիչն է։ Բջջի այդ միջավայրը կոչվում է ցիտոպլազմա։

Ջուրը ոչ միայն տարածված է տարբեր օրգանիզմներում, այլև ունի մի շարք անսովոր քիմիական հատկություններ, որոնք ջուրը դարձնում են կյանքի շատ լավ հենարան։ Այս հատկությունները կարևոր դեր են խաղում կենսաբանության տարբեր մակարդակներում՝ բջիջներից մինչև օրգանիզմներ, օրգանիզմներից մինչև էկոհամակարգեր։ Ջրի՝ կյանքն ապահովող հատկությունները կարող ես ուսումնասիրել հետևյալ հոդվածներում․

Ջրի այս յուրօրինակ հատկությունները պայմանավորված են ջրի մոլեկուլների բևեռացված լինելու և հատկապես ջրի կամ այլ մոլեկուլների միջև ջրածնական կապեր ստեղծելու կարողությամբ։ Ստորև կուսումնասիրենք, թե ինչպես են գործում ջրածնական կապերը։

Ջրի քիմիական հատկությունները հասկանալու բանալին նրա կառուցվածքի մեջ է։ Ջրի մոլեկուլը, որը կազմված է թթվածնի ատոմին միացած ջրածնի երկու ատոմներից, ունի ճկված կառուցվածք։ Դրա պատճառն այն է, որ թթվածնի ատոմը, որը ջրածիններին միանալու հետ մեկտեղ ունի նաև երկու զույգ էլեկտրոններ, որոնք միայն իրենն են։ Էլեկտրոնների այս բոլոր զույգերը՝ ընդհանուր և ոչ ընդհանուր, վանում են միմյանց։

Ամենակայուն դասավորվածությունն այն դեպքում է, երբ էլեկտրոններն իրարից շատ հեռու են։ Այսինքն, երբ մոլեկուլն ունի քառանիստի տեսք՝ $\text{O}-\text{H}$start text, O, end text, minus, start text, H, end text կապերով առաջացնելով չորս «ոտքերից» երկուսը։ Էլեկտրոնների միայնակ զույգերը վանողության ավելի մեծ ուժ ունեն, քան արդեն կապված էլեկտրոնները, այդպիսով $\text{O}-\text{H}$start text, O, end text, minus, start text, H, end text կապերի միջև առաջացած անկյունը կազմում է իդեալական քառանիստի 109°-ից մի քիչ փոքր՝ մոտավորապես 104,5°$^2$squared։

Քանի որ թթվածինն ավելի էլեկտրաբացասական է, քան ջրածինը, $\text{O}$start text, O, end text-ի ատոմը վերցնում է էլեկտրոնները ու հեռու պահում նրանց $\text{H}$start text, H, end text-ի ատոմներից։ Սա թույլ է տալիս ջրի մոլեկուլում եղած թթվածնին ձեռք բերել մասնակի բացասական լիցք, մինչդեռ ջրածինն ունենում է մասնակի դրական լիցք։ Ջուրը դասակարգվում է բևեռային մոլեկուլների շարքին իր կովալենտային բևեռային կապերի ու ճկված ձևի շնորհիվ։

Ջրի մոլեկուլներն իրենց բևեռայնության շնորհիվ կարողանում են միմյանց ձգել։ Մի մոլեկուլի դրական ծայրը՝ ջրածնի ատոմը, միանում է մյուս մոլեկուլի բացասական ծայրին՝ թթվածնի ատոմին։

Այդ ձգողությունները ջրածնային կապերի օրինակ են․ թույլ փոխազդեցություններ, որոնք ձևավորվում են մասնակի դրական լիցքով ջրածնի ու ավելի էլեկտրաբացասական ատոմի, օրինակ՝ թթվածնի միջև։ Ջրածնի այն ատոմները, որոնք մասնակցում են ջրածնական կապերի առաջացմանը, պետք է անպայման միացած լինեն էլեկտրաբացասական ատոմների, ինչպիսիք են, օրինակ՝ $\text{O}$start text, O, end text, $\text{N}$start text, N, end text կամ $\text{F}$start text, F, end text ատոմները։

Ջրի մոլեկուլներ ձգվում են նաև ուրիշ բևեռային մոլեկուլների և իոնների կողմից։ Լիցքավորված կամ բևեռային նյութերը, որոնք փոխազդում են ջրի հետ կամ լուծվում են նրա մեջ, կոչվում են հիդրոֆիլ։ Հիդրո նշանակում է «ջուր», իսկ ֆիլ՝ «սիրող»։ Ի տարբերություն սրա՝ ոչ բևեռային մոլեկուլները, ինչպիսիք են, օրինակ՝ ճարպերն ու բուսայուղերը, չեն փոխազդում ջրի հետ։ Նրանք լուծվելու փոխարեն առանձնանում են ջրից ու կոչվում են հիդրոֆոբ նյութեր։ Ֆոբ նշանակում է «վախեցող»։ Հավանաբար նկատել ես այս երևույթը աղցանի վրա բուսայուղ ու քացախ լցնելիս։ Քացախը սովորական ջուր է, որը քիչ քանակությամբ թթու է պարունակում։