水

系由一个氧原子和两个氢原子结合而成的分子，分子式为H2O。这种由氢、氧两种元素组成的简单化合物，是地球上最普通、最重要的一种物质，它不仅组成生命大多数种类的重量的70—90％，也代表了活机体的连续相。 水分子是极性分子。由于正电性较强的氧原子核（含8个质子）对共用电子对的静电吸引力大于只有1个质子的氢原子核，所以共用电子对就比较靠近氧原子，结果氧原子周围就带有较强的负电性，而氢原子周围则表现出正电性，故水分子不是线型分子而呈角形。这种当共价键由于电荷分布不均衡而形成正负两极的分子称为极性分子。由于水分子是极性分子，氢原子的唯一电子壳层中的1个电子为氧原子所吸引而靠近氧原子，故氢原子缺乏明显的电子屏障而易被另外一个水分子的负电荷区所吸引，结果在两个水分子间形成结合力比较弱的氢键。许多水分子通过氢键缔合成水分子的聚合体。由于液态中的水分子聚合体总是处于不停顿的运动状态中，所以氢键也处于不断地断裂、不断地形成的状态中。而且，氢键的缔合使水产生了一种复杂的内聚力，所以水具有其独特的理化特性，它们对生命具有重大的意义。水分子的极性 （1）水的物理特性：①高比热和高汽化热。把质量相同的物质加热，使它们升高相同的温度所需要的热量称为比热。例如，使1克水从15℃升到16℃需要1卡热量，故水的比热为1卡（克·度）。水的比热比同量的固体或其他液体所需要的热量高，这是由水受热时需要把更多的热量用于破坏把它们缔合在一起的许多氢键的缘故。水从液态转化为气态所需的热量也比其他物质高，这是由于要使水从缔合的液态转化为单个分子的气态的缘故。水的高比热和高气化热的特性对生物体有极大的意义，由于水能吸收热量而又不使其本身的温度发生明显的波动，所以能调节生物体的温度。例如，人体在代谢过程中不断产生热量，体液中的水吸收了这些热量而本身的温度变化不大，因此缓冲了因代谢产生的热所导致的体温升高。而且通过体液的交换和血液的循环，体液中的水可以将代谢产生的热量运到体表散发。高比热和高气化热的作用好比一台空调器，使温血动物维持一定的体温。②高沸点。如果水分子没有氢键的缔合，水在—80℃就会沸腾，生命将无法生存。幸亏氢键使水具有高沸点，从而保证了生命活动的正常进行。③固态水的密度小于液态水，所以在0℃结冰时体积反而膨胀，冰浮于水面，一般都先从水面结冰，从而保证了水生生物的生存空间 （2）水的化学性质：①水在生物体内的存在形式有两种：游离水和束缚水。游离水比较自由，可作为溶剂及运输工具，参与代谢过程，生物体中游离水占多数；束缚水是被蛋白质或体内其他离子吸引结合起来的水，它们不能自由流动，也不能溶解其他物质。②由于水分子是极性离子，所以水是许多物质的理想溶剂，生物体内许多物质的交换都必须溶解在水中才能进行。由于溶解在水中的固体离子化合物的阳离子和阴离子互相离解的结果，水分子的带电端各为带相反电荷的离子所吸引，例如把氯化钠（Na+Cl-）放入水中时，离子间的静电引力即被减弱，Na+被吸引到水的负极端，C1-则被吸引到水的正极端，结果每个Na+和C1-都被水分子包围而成为水化离子，生物体内的离子是以水化离子的形式存在的，如果没有水，盐类和有机物的交换就无法进行。由于水分子有与糖和醇分子中的羟基（—OH）以及象醛、酮中的羰基（＞C=O）等极性基团形成氢键的趋向，所以象糖、醇、醛、酮等有机化合物也可溶于水，这对生物体来说是十分重要的。同时，电离使无机酸（如HCl、 H3PO4、 H2CO3、 H2SO4）和某些有机酸（如乳酸、丙酮酸、柠檬酸）产生酸根及OH-离子，使生物体内的调节能顺利进行。水分子的极性使生物体内的蛋白质、类脂和核酸等大分子物质以胶囊的形式分散于细胞和组织的水介质中。③生物大分子，特别是酶的机能取决于体液中的氢离子浓度（pH值）。