結構生物化學/極性

水的結構

水由兩個氫原子和一個氧原子組成。氫原子透過共價鍵與氧原子連線，共同分享兩個電子。氧原子的結構是，在其周圍存在兩個未配對的電子。氧的電負性明顯大於氫，這意味著它更容易吸引電子。

極性和氫鍵

由於電子密度的這種不均勻分佈，水是極性的。兩個氫原子都具有部分正電荷（Delta+），而氧原子具有部分負電荷（Delta-），這是因為氧原子將共享電子拉得更靠近自己，遠離氫原子。部分正電荷和部分負電荷之間的這種吸引力形成了所謂的氫鍵。氫鍵僅在氫與電負性原子（如氧、氟或氮）鍵合時才會發生，因此這種鍵非常獨特。
帶部分負電荷的氧原子可以與兩個相鄰的氫原子形成氫鍵，水分子中的每個氫原子都可以與其他電負性原子形成一個氫鍵。因此，每個水分子通常能夠與周圍四個鄰居鍵合，形成所謂的四面體網路。

由於水的極性，分子和離子在水中的不可溶性。氫鍵造成的另一個獨特的特徵是，水在固態時密度較低。這是因為氫鍵在水結冰時，將水分子保持在一定的距離。當水處於液態時，氫鍵不斷形成和斷裂，並在空間中再次形成。這使得水在液態時的密度更高。

事實上，水是一種極性溶液，因為它具有極性的 O-H 鍵。鑑於氧的電子親和力比氫高得多，氧會傾向於從分子中的氫原子處拉走電子。O-H 鍵的極性很大，這是由於這種電子親和力造成的。