结构生物化学/极性

水的结构

水由两个氢原子和一个氧原子组成。氢原子通过共价键与氧原子连接，共同分享两个电子。氧原子的结构是，在其周围存在两个未配对的电子。氧的电负性明显大于氢，这意味着它更容易吸引电子。

极性和氢键

由于电子密度的这种不均匀分布，水是极性的。两个氢原子都具有部分正电荷（Delta+），而氧原子具有部分负电荷（Delta-），这是因为氧原子将共享电子拉得更靠近自己，远离氢原子。部分正电荷和部分负电荷之间的这种吸引力形成了所谓的氢键。氢键仅在氢与电负性原子（如氧、氟或氮）键合时才会发生，因此这种键非常独特。
带部分负电荷的氧原子可以与两个相邻的氢原子形成氢键，水分子中的每个氢原子都可以与其他电负性原子形成一个氢键。因此，每个水分子通常能够与周围四个邻居键合，形成所谓的四面体网络。

由于水的极性，分子和离子在水中的不可溶性。氢键造成的另一个独特的特征是，水在固态时密度较低。这是因为氢键在水结冰时，将水分子保持在一定的距离。当水处于液态时，氢键不断形成和断裂，并在空间中再次形成。这使得水在液态时的密度更高。

事实上，水是一种极性溶液，因为它具有极性的 O-H 键。鉴于氧的电子亲和力比氢高得多，氧会倾向于从分子中的氢原子处拉走电子。O-H 键的极性很大，这是由于这种电子亲和力造成的。