地球上に大量に存在し、生命の発展に最大の影響を与えたのが水です。水は融点0℃、融点100℃、蒸発熱540cal/g、比熱1.00cal/g、融解熱80cal/gです。
酸素原子は電気陰性度が高く水の水素原子の電子を強く引き付け、水素原子の方は正電荷を帯びます。こうして電子が局在するため水は分極し、双極子を持ちます。水が極性をもつ物質の溶媒として優れているのはこのためです。
周期表第Ⅵ族元素の水素化合物と比較して、水の融点、沸点が高く、蒸発熱が大きいのは、水溶液中で水分子同士の間に強い力が働くからです。電気陰性度の高い酸素原子に結合した水素原子は、もうひとつの酸素との間に非共有結合、いわゆる水素結合を生じます。液体の水では、多数の水分子がゆるく結合します。水素結合を切るために要するエネルギー（4～10kcal/mol）は、普通の共有結合を切るエネルギーの110kcal/molよりはるかに小さいため、水素結合は切れやすく、できやすいです。水の特殊な性質は、水素結合が原因です。水の融解熱や蒸発熱が大きいのは、この水素結合のためです。
水分子は、それから最大数の新しい水素結合を形成するように自身を並び変えます。油などの非極性物質は、水の中で主としてそれらが互いに親和性を持つからではなく、むしろ水に追い出されて一緒になります。
地球上に生命が存在することは、水が燃料、素材、触媒、情報の運搬体として働く多くの種類の極性分子を溶かすことができることに決定的に依存しています。これらの分子が水の中には高濃度に共存でき、そこではそれらは自由に拡散しお互いを見出すことができます。
水の性質
地球上に大量に存在し、生命の発展に最大の影響を与えたのが水です。水は融点0℃、融点100℃、蒸発熱540cal/g、比熱1.00cal/g、融解熱80cal/gです。
酸素原子は電気陰性度が高く水の水素原子の電子を強く引き付け、水素原子の方は正電荷を帯びます。こうして電子が局在するため水は分極し、双極子を持ちます。水が極性をもつ物質の溶媒として優れているのはこのためで、イオン結晶に水分子が触れると、正負両イオンとも水和、溶解します。
周期表第Ⅵ族元素の水素化合物と比較して、水の融点、沸点が高く、蒸発熱が大きいのは、水溶液中で水分子同士の間に強い力が働くからです。電気陰性度の高い酸素原子や窒素原子に結合した水素原子は、もうひとつの酸素や窒素などの電位陰性原子との間に非共有結合、いわゆる水素結合を生じます。液体の水では、多数の水分子がゆるく結合します。
水素結合を切るために要するエネルギー（4～10kcal/mol）は、普通の共有結合を切るエネルギーの110kcal/molよりはるかに小さいため、水素結合は切れやすく、できやすいです。水の特殊な性質は、水素結合が原因です。水の融解熱や蒸発熱が大きいのは、この水素結合のためです。
極性分子で互いに強い親和性を持つ水
水は生物系においてすべての分子相互作用に深い影響を与えます。これに関して、水の2つの性質は特に重要です。
まず水は極性分子です。分子の形は三角形であって直線的ではなく、したがって電荷の非対称的分布があります。酸素の核が水素の核から電子を引き離し、それがこれらの核の周囲に正味の正電荷の領域を残します。水分子はこのようにして電気的に極性構造なのです。
次に水の分子はお互いに強い親和性を持っています。ひとつの水分子に正に電荷した領域は隣の水分子の負に電荷した領域に向けて配位する傾向があります。氷はその中にすべての可能な水素結合が形成されている高度に規則的な構造を持っています。液体の水は、その中で水素結合した分子群が、常に形成されたり壊されたりしており、部分的に規則的な構造を持っています。各分子は、液体の水の中では氷の4個に対して3～4個の隣の分子と水素結合をしているため、水は高度に粘着性があります。
極性分子の優れた溶媒
水は極性と水素結合を形成する能力によって、非常に相互作用の強い分子になっています。水は極性分子の優れた溶媒です。その理由は、水が極性分子間の静電気的引力や水素結合をそれらの引力と競合することによって非常に弱めるためです。
カルボニル基（O=C<）とアミド基（>N-H）の間の水素結合に及ぼす水の影響として、水の水素原子は水素結合供与体としてアミド基の水素と置き代わることができ、水の酸素原子は、受容体としてカルボニル基の酸素と置き代わることができます。このため、カルボニル基とアミド基の間の強い水素結合は、水が排除されたときのみ形成されます。
水は静電気的引力の強さを真空中の同様の相互作用に比べて、水の誘電率の値だけ、すなわち80分の1に減少させます。誘電率は、物質内で電荷とそれによって与えられる力との関係を示す係数で、物質は固有の誘電率を持ち、この値は外部から電場を与えたとき物質中の原子あるいは分子がどのように応答するかによって定まります。水はその極性とイオンの周囲に方向性を持つ溶媒の殻を形成する能力のために異常に高い誘電率を持っています。これらの方向性を持つ溶媒の殻はそれ自身の電場をつくり、それがイオンによって生じる電場に抵抗します。結果として、イオン間の静電気的引力は水の存在により、著しく弱められます。
地球上に生命が存在することは、水が燃料、素材、触媒、情報の運搬体として働く多くの種類の極性分子を溶かすことができることに決定的に依存しています。これらの分子が水の中には高濃度に共存でき、そこではそれらは自由に拡散しお互いを見出すことができます。
しかしながら、水の触媒としての優秀性は問題も起こします。というのは、水または極性分子間の相互作用も弱めるからです。生物はこの問題を極性相互作用が最大の力を持つような水の無い微小環境をつくり出すことによって解決しました。つまり、たんぱく質分子中に特別につくられた凹みです。
疎水性的引力と水
水の中でバラバラにまき散らされた油滴が集まってひとつの大きな油滴になることは、よく見られる現象です。同様の過程が原子レベルでも起こります。すなわち非極性の分子や残基は水の中で互いに集まりやすくなります。このような会合は、疎水性的引力と呼ばれます。水は非極性分子を押し出して、1ヶ所に集める傾向があります。
疎水的引力は巨大分子の折りたたみの主要な原動力であり、基質の酵素への結合や細胞の境界を決める膜の形成の主要な原動力です。水の中へ油のような非極性物質を入れると水の中には空洞がつくられます。それは一時的に水分子間のいくつかの水素結合を破壊します。押しのけられた水分子は、それから最大数の新しい水素結合を形成するように自身を並び変えます。油などの非極性物質は、水の中で主としてそれらが互いに親和性を持つからではなく、むしろ水が自身に強く付着するために、追い出されて一緒になります。
まとめ
地球上に大量に存在し、生命の発展に最大の影響を与えたのが水です。水は融点0℃、融点100℃、蒸発熱540cal/g、比熱1.00cal/g、融解熱80cal/gです。
酸素原子は電気陰性度が高く水の水素原子の電子を強く引き付け、水素原子の方は正電荷を帯びます。こうして電子が局在するため水は分極し、双極子を持ちます。水が極性をもつ物質の溶媒として優れているのはこのためです。
周期表第Ⅵ族元素の水素化合物と比較して、水の融点、沸点が高く、蒸発熱が大きいのは、水溶液中で水分子同士の間に強い力が働くからです。電気陰性度の高い酸素原子に結合した水素原子は、もうひとつの酸素との間に非共有結合、いわゆる水素結合を生じます。液体の水では、多数の水分子がゆるく結合します。水素結合を切るために要するエネルギー（4～10kcal/mol）は、普通の共有結合を切るエネルギーの110kcal/molよりはるかに小さいため、水素結合は切れやすく、できやすいです。水の特殊な性質は、水素結合が原因です。水の融解熱や蒸発熱が大きいのは、この水素結合のためです。
水分子は、それから最大数の新しい水素結合を形成するように自身を並び変えます。油などの非極性物質は、水の中で主としてそれらが互いに親和性を持つからではなく、むしろ水に追い出されて一緒になります。
地球上に生命が存在することは、水が燃料、素材、触媒、情報の運搬体として働く多くの種類の極性分子を溶かすことができることに決定的に依存しています。これらの分子が水の中には高濃度に共存でき、そこではそれらは自由に拡散しお互いを見出すことができます。
