结构生物化学/独特特性/作为溶剂的多功能性
水是一种极性溶剂,倾向于不与溶质发生反应。由于许多生物分子是极性的或带电的,水很容易溶解这些亲水性化合物。水是一种惰性溶剂,通过分离阳离子和阴离子来溶解盐,从而降低它们的静电相互作用和形成晶体的能力。这可能是因为水-水氢键被水-溶质键取代。另一方面,水是疏水性分子(如脂类)的差溶剂。水中的非极性分子会发生疏水性相互作用;水会改变其围绕疏水性分子的氢键模式。形成的键合模式会限制水分子,从而降低熵。
水需要具有高熵有助于促进蛋白质折叠。当蛋白质的疏水部分暴露于水中时,需要更多的水在它周围进行组织,从而降低熵。当蛋白质折叠时(熵的减少,克服了有利的非共价键形成和水熵增加),疏水部分与水的接触面积减少,释放水以有利地形成和断裂氢键。
•诸如丁醇之类的分子具有极性的羟基,因此可以形成分子间氢键。醇、醛、酮以及含有 N-H 键的化合物都与水分子形成氢键,并且往往易溶于水。
•水在屏蔽溶解离子之间的静电相互作用方面很有效,因为它具有较高的介电常数,这是一种反映溶剂中偶极子数量的物理性质。
•离子力的强度 F= (Q1 Q2)/ er ²,对于 25 ºC 的水,e 为 78.5。溶解离子之间的离子相互作用在极性较低的介质中要强得多。
•氧气和氮气以及二氧化碳气体都是非极性的。它们在水中的溶解度不高。
•非极性化合物迫使水结构发生能量上不利的变化。
水参与水合过程。H2O 的“正端”被负电荷的阴离子吸引,而“负端”被正电荷的阳离子吸引。盐通过水合过程溶解在水中。强烈的水-离子相互作用克服了固体正负离子的作用力。当离子物质(盐)溶解在水中时,它们会分解成单个阳离子和阴离子。例如,当氯化钠 (NaCl) 溶解在水中时,所得溶液包含自由移动的 Na+ 和 Cl- 离子。
Zumdahl/Zumdahl, Chemistry, 7ed. Houghton Mifflin Company, Boston New York