Biochimica strutturale / Proprietà uniche / Espansione al congelamento

Sotto i 4°C, i legami idrogeno tra le molecole d’acqua diventano più forti e causano l’espansione della materia. Poiché i legami tra le molecole d’acqua sono più forti, hanno meno probabilità di rompersi e riformarsi come fanno allo stato liquido. Come liquido, le molecole d’acqua sono in costante movimento (formando e rompendo i legami idrogeno) con conseguente minore espansione. Quando congelate, le molecole d’acqua assumono una forma più definita e si dispongono in strutture cristalline a sei lati., La disposizione cristallina è meno densa di quella delle molecole in forma liquida che rende il ghiaccio meno denso dell’acqua liquida. Quando l’acqua si congela, il volume si espande di circa il 9%.

File:Wasserstoffbrückenbindungen-Wasser. svg

Strutture solide e liquide dell’acqua

Quando le molecole d’acqua sono allo stato liquido, i legami idrogeno vengono continuamente formati e riformati in modo disordinato. La quantità media di legami H che una molecola d’acqua ha a 25°C è di 3,4 legami., Durante il congelamento, le molecole d’acqua perdono energia e non vibrano o si muovono vigorosamente. Ciò consente di formare legami idrogeno più stabili tra le molecole d’acqua, poiché c’è meno energia per rompere i legami. A causa della struttura del reticolo cristallino imposta sulle molecole d’acqua una volta raggiunto il punto di congelamento, i legami H medi per molecola d’acqua sono molto più vicini al suo massimo, 4 legami. Il modo ordinato e cristallino in cui si formano i legami idrogeno fa diminuire la densità perché ogni molecola d’acqua viene tenuta lontana dai suoi vicini ad una distanza pari alla lunghezza dei legami idrogeno., Così l’acqua si espande mentre si congela e il ghiaccio galleggia in cima all’acqua. Questa proprietà è fondamentale per la vita come la conosciamo. Le lastre di ghiaccio sulla superficie dell’oceano isolano l’acqua sottostante e consentono agli organismi di vivere nelle regioni polari del mondo e impediscono anche agli oceani di congelare solidi.

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