How big is Molécula de água?

Uma molécula de água é a menor unidade da água: um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio, representada por H₂O. Ela tem cerca de 0,28 nanômetros (280 picômetros) de largura, medida pelo espaço que uma molécula ocupa entre suas vizinhas. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro, e um picômetro é um milésimo de um nanômetro.

Tamanho

Uma molécula não tem uma superfície externa rígida. Seus elétrons formam uma nuvem que vai se dissipando aos poucos, então seu tamanho depende de como é medido.

Os centros de seus três átomos ficam bem próximos. Cada átomo de hidrogênio está a cerca de 0,096 nanômetros do átomo de oxigênio, e as duas ligações se encontram em um ângulo de cerca de 104,5 graus. Esse ângulo dá à molécula uma forma dobrada, com os dois átomos de hidrogênio a cerca de 0,15 nanômetros um do outro.

A nuvem de elétrons se estende além dos centros dos átomos, então cada molécula ocupa mais espaço do que isso. Os cientistas costumam estimar seu tamanho a partir de quão próximas as moléculas de água ficam umas das outras quando compactadas. Na água líquida, medições por raios X situam os centros de moléculas vizinhas a 0,280 nanômetros de distância. Uma estimativa de livro didático, baseada em quantas moléculas cabem em um litro de água, aponta algo em torno de 0,3 nanômetros.

Comparações de tamanho

Cerca de 290.000–360.000 moléculas de água, lado a lado, cobririam a largura de um fio de cabelo humano, que tem 0,08–0,1 milímetros de largura.
Se uma molécula de água fosse ampliada ao tamanho de uma bola de tênis, um fio de cabelo humano com 0,1 milímetros de largura teria cerca de 24 quilômetros de largura.
Um átomo de césio, um dos maiores átomos que existem, tem cerca de 0,5 nanômetros de largura, quase o dobro da largura de uma molécula de água.

Por que as moléculas de água se atraem

O oxigênio atrai os elétrons compartilhados com mais força do que o hidrogênio. Por isso, os elétrons de uma molécula de água passam mais tempo perto do átomo de oxigênio. Isso dá à extremidade do oxigênio uma leve carga negativa e às extremidades do hidrogênio uma leve carga positiva. Uma molécula com cargas separadas dessa forma é chamada de polar.

Cargas opostas se atraem, então cada molécula de água puxa as vizinhas. Essas atrações são chamadas de ligações de hidrogênio. Elas mantêm as moléculas de água unidas na superfície de um líquido, o que dá à água sua tensão superficial. É por isso que a água forma gotas sobre uma superfície seca em vez de se espalhar.

Como a água entra nas células

A água atravessa rapidamente as membranas de muitas células por canais de proteína chamados aquaporinas. Peter Agre e seus colegas identificaram o primeiro deles nas membranas das hemácias humanas, e cada hemácia carrega cerca de 200.000 deles. Agre dividiu o Prêmio Nobel de Química de 2003 pela descoberta dos canais de água.

No ponto mais estreito, o canal tem 0,28 nanômetros de largura, aproximadamente o tamanho de uma única molécula de água. Por isso, as moléculas de água passam em fila única, cerca de 3 bilhões delas por segundo em cada canal. A abertura estreita e uma carga elétrica em seu interior barram os prótons, as partículas carregadas que tornam um líquido ácido. Nos rins, as aquaporinas ajudam a recuperar 99% da água filtrada do sangue.