Apa în sistemele biologice

Obiective: Prin studierea acestui capitol studentii trebuie sa fie capabili sa explice - importanta apei pentru viata

- structura si proprietatile remarcabile ale apei - modul de organizare al moleculelor de apa in sistemele biologice.

Apa este substanţa chimică cea mai larg răspândită pe glob, acoperind peste 70% din suprafaţa planetei noastre. Ea poate fi considerată drept “ matrice a vieţii “, atât din punct de vedere istoric cât şi actual, deoarece este aproape sigur că viaţa a apărut în mediul acvatic, că acesta a fost codrul ei primar de dezvoltare şi este evidentă dependenţa şi condiţionarea oricărei forme actuale de viaţă de prezenţa apei.

Importanţa apei în sistemele biologice

Apa constituie solventul universal atât în mediul interstiţional ce scaldă toate celulele, cât şi în mediul intracelular în care au loc reacţiile chimice caracteristice materiei vii. Apa este mediul de transport al substanţelor de la un organism la altul (prin intermediul fluidelor circulante extracelulare) şi de eliminare a produşilor de dezasimilaţie în afara organismului (prin urină şi transpiraţie). În interiorul celulelor, în afara rolului său ca mediu de dispersie, apa este necesară pentru reacţiile de hidroliză şi apare ca produs final al oxidărilor biologice şi al reacţiilor de condensare. În cazul plantelor, apa este alături de CO2, un reactant primar în procesul de fotosinteză.

Având conductibilitate termică şi căldură specifică foarte mari, apa constituie factorul esenţial de “tamponare” a variaţiilor de temperatură în cadrul organismelor, iar la homeoterme evaporarea apei constituie principala modalitate de degajare în mediu a căldurii rezultată din catabolism.

In afara acestor funcţii de bază ale apei în organisme, mai pot fi enumerate şi altele ca, de exemplu, aceea de protecţie mecanică a unor sisteme (sistemul nervos central) şi mediu de flotaţie (suspensie) al unor celule libere (elementele figurante ale sângelui, spermatozoizii).

Conţinutul de apă al organismelor şi al ţesuturilor

Dacă pentru formele sporulate ale bacteriilor conţinutul apei este sub 50%, el ajunge, în cazul

celeritoratelor, până la 97%, aşa încât despre aceste organisme s-ar putea afirma, în sens metaforic, că reprezintă “apă care trăieşte”.

Conţinutul de apă al oricărui organism prezintă o tendinţă constantă de scădere pe parcursul evoluţiei ontogenetice. Conţinutul procentual de apă al organismului uman în diferite stadii:

Embrion în luna : 2 3 4 5 6 Nou născut

Adult

Apa % din masa totală 97 94 92 85 74 67-74 58-67 O explicaţie a scăderii conţinutului de apă al organismului pe măsura dezvoltării ontogenetice, ar putea fi scăderea intensităţii proceselor metabolice, iar apa, ca cel mai dinamic component, urmează această tendinţă. Corelaţia directă între dinamica metabolică şi conţinutul în apă este ilustrată de către datele următorului tabel, referitoare la diferitele ţesuturi ale organismului uman adult.

Conţinutul procentual de apă al principalelor ţesuturi. Ţesuturi Apă (% din masă) Dentină Schelet Tesut adipos Cartilaj Ficat Tesut nervos (substanţă albă) Tesut nervos (substanţă cenuşie) Pancreas Muşchi striat Inimă, plămân, rinichi, splină

10 30 30 50 70 70 85 75 76 80

Din tabelul de mai sus rezultă că majoritatea ţesuturilor conţin aproximativ aceeaşi proporţie de apă, cu excepţia ţesutului adipos, care joacă mai ales rol de rezervă energetică a organismului şi a sistemului osos, care are rolul predominant de susţinere mecanică. Paralelismul între dinamica metabolică şi conţinutul de apă este confirmat de procentul foarte mic de apă din dentină, despre care se ştie că are un metabolism foarte redus, ca şi de conţinutul de apă mai mic în substanţa nervoasă albă (formată mai ales din fibre nervoase) faţă de materia cenuşie (alcătuită din somele neuronale, care sunt principalul sediu al metabolismului celulei nervoase).

Proprietăţi fizice şi structura apei Proprietăţile fizice esenţiale ale apei, pentru rolul ei în sistemele biologice sunt : căldura specifică, conductibilitatea termică, căldura latentă şi vaporizare, densitatea, constanta dielectrică, punctele de topire. 1. Căldura specifică a apei (4,2 kJo kg-1) este mai mare decât a oricărei substanţe solide sau lichide. Căldura specifică mare conferă apei rolul de a tampona variaţiile de temperatură atât la nivel planetar prin intermediul hidrosferei, cât şi la nivelul fiecărui organism. Ponderea mare a apei în masa tuturor ţesuturilor, împreună cu capacitatea termică mare a acesteia, fac, de exemplu, ca o eliberare masivă de căldură, ca urmare a unui travaliu muscular intens, să nu determine vreo supraâncălzire semnificativă înainte ca sistemele de reglare a temperaturii să intre în funcţie. 2. Conductibilitatea termică (0,59 J.sec-1.cm-1.K-1 la 200C, este de câteva ori mai mare decât a majorităţii lichidelor. Această proprietate accentuează rolul de “amortizor termic” al apei în organism, intervenind atunci când, datorită prezenţei membranelor sau a altor structuri, căldura nu poate fi evacuată prin circulaţia fluidelor în jurul locului ei de producere. 3. Căldura latentă de vaporizare (2,43.106 J.kg-1 la 370C a apei este, de asemenea, mult mai mare decât a celorlalte lichide). Acesta este un factor determinant al homeotermiei, şi anume al pierderii de căldură (termoliza) ce se produce la temperaturi superioare celor de “confort termic”. 4. Densitatea Spre deosebire de majoritatea substanţelor la care densitatea scade în mod continuu cu creşterea temperaturii, apa prezintă o temperatură (40C) la care densitatea este maximă. Prin răcire sub această temperatură densitatea ei scade, iar prin îngheţare densitatea scade brusc. 5. Constanta dielectrică a apei (78,5 la 250C) este foarte mare, ceea ce explică marea capacitate a apei de a ioniza substanţele dizolvate în ea. 6. Punctele de topire (00C) şi de fierbere (1000C) ale apei sunt extrem de ridicate, comparativ cu compuşii de tipul H2Fe, H2Se, H2S.

Toate aceste proprietăţi particulare ale apei se datorează forţei mari cu care moleculele se atrag reciproc, datorită caracterului dipolar şi capacităţii de a forma legături de H2 astfel încât apa se comportă ca şi cum masa ei moleculară ar fi cu mult mai mare de 18 U. Atât caracterul dipolar, cât şi capacitatea de a forma legături de H2 decurg din caracteristicile structurale ale moleculei de H2. Analiza spectroscopică a vaporilor de H20 a arătat că aranjarea atomilor de H2 şi 0 în molecula de apă este ca în figura următoare.

Această dispunere face ca molecula de H20 să aibă un moment de dipol de 1,858 Debye ≈ 6,2 x 10-30C.m. Caracterul dipolar al moleculei face ca apa să aibă o constantă dielectrică atât de ridicată, datorită capacităţii moleculelor de apă de a se orienta în câmp electric. În acelaşi timp, momentul dipolar mare face ca moleculele de apă să tindă să se combine cu ionii pentru a forma hidranţi. Aceste două proprietăţi explică excepţionalele calităţi ca medii de dispersie, de dezvoltare şi de ionizare a apei. Din considerente de mecanică cuantică, rezultă că cele 2 perechi de electroni liberi ai atomului de 02 al apei sunt organizate în orbitali care, împreună cu cei doi orbitali ce leagă atomii de H legaţi de respectivul oxigen, sunt aranjaţi tetraedric în jurul atomului (nucleului) de 02.

Fiecare din cei doi protoni poate forma o legătură de hidrogen cu unul dintre cele două centre de sarcină negativă de atomul de 02. Deoarece fiecare 02 este acceptor de 2 legături de H donor pentru alte 2, fiecare moleculă de apă este înconjurată, tetraedric, de alte 4 molecule de apă. Din gheaţă, această orientare tetraedrică se extinde în toate direcţiile, formând o reţea. Fiecare moleculă fiind înconjurată numai de alte 4 molecule învecinate, acest lucru face ca gheaţa să aibă o structură afânată, cu o densitate anormal de scăzută. Prin topire, dispunerea tetraedrică este parţial distrusă, moleculele de apă împachetându-se mult mai strâns, şi densitatea creşte brusc. Se păstrează însă multe din legăturile de H care se desfac pe măsura încălzirii, determinând o creştere în continuare a densităţii până la temperatura de 4oC, când dilatarea normală, datorită creşterii agitaţiei termice, ajunge să compenseze iar apoi să depăşească acest efect. Asocierile moleculare prin legături de H fac să crească momentul efectiv de dipol, determinând astfel valoarea anormal de mare a constantei dielectrice. Faptul că energia acestor legături ( ≈ 20 k Jo mol -1) este superioară energiei interacţiilor moleculare obişnuite prin forţe Van der Waals, ( ~ 1 k Jo mol –1) explică valorile foarte mari ale căldurii specifice, căldurilor latente şi punctelor de topire şi fierbere. Faţă de dispunerea tetraedrică foarte ordonată a moleculelor în gheaţă, în lichid sunt prezente deformări, defecte şi distorsiuni, structura locală în lichid prezentând şi fluctuaţii în timp.

104 O 31’

0,958 Å

H

H

H

Starea apei în sistemele biologice Faptul că apa, prin ponderea ei deosebit de mare în ansamblul componenţilor organismelor reprezintă “cadrul molecular” în care se desfăşoară viaţa, face ca problema stării ei fizice să fie de o importanţă fundamentală. Din punct de vedere teoretic, elucidarea stării apei în organisme, şi în special în interiorul celulelor, constituie etapa majoră şi cea mai dificilă a înţelegerii stării fizice a materiei vii în general. Din punct de vedere practic, este important să se cunoască ce fracţiune din apa organismului poate funcţiona drept solvent pentru substanţele de genul medicamentelor, a căror acţiune depinde de accesul lor la diferite formaţiuni celulare. O serie de alte probleme practice importante, nemijlocit legate de starea apei în organism, sunt cele ale sociobiologieica, de exemplu, menţinerea viabilităţii organelor izolate păstrate la temperaturi joase, în vederea transplantului şi modalităţile opţionale de realizare a acestei păstrări sau chiar aspecte de interes economic, cum ar fi conservarea prin frig a alimentelor. Problema centrală referitoare la starea apei în materia vie este aceea a apei citoplasmatice. Modelul polimerilor.

Experienţele efectuate au condus la idea că există o analogie între comportamentul molecular al apei şi cel al polimerilor, Ca şi apa, polimerii sunt corpuri caracterizate de numeroase legături. Un polimer este o înlănţuire de monomeri, adică de molecule identice, legate unele de altele. Mişcările acestui lanţ lung, sunt caracterizate de două timpuri de relaxare (durata de reîntoarcere la echilibru). Primul timp de relaxare numit şi timp de relaxare alfa, corespunde mişcărilor scheletului polimerului. Al doilea, timpul de relaxare beta corespunde muşcărilor ramificaţiilor grefate pe schelet. Mişcările scheletului sunt relativ lente şi depind mult de temperatură. Polimeii trec şi ei printr-o tranziţie vitroasă atunci când scădem temperatura. Când temperatura tinde către cea de tranziţie vitroasă, timpul de rellaxare alfa este divergent, adică mişcările scheletului devin infint de lente. Comportamentul polimerilor este comandat de mişcările lanţului, adică de timpul de relaxare alfa şi de temperatura de tranziţie vitroasă. Sub această temperatură polimerul are aspectul şi proprietăţile unui solid, chiar dacă la nivelul molecular, dinamica legată de mişcările de tip beta este întotdeauna prezentă. Ca şi un polimer,apa este o reţea întinsă, cvasifinită de legături de H. Mişcările de ansamblu ale moleculelor de apă , adică şocurile între molecule , difuzia moleculelor , deformaţiile reţelei , care se formează , corespund relaxării alfa a polimerilor . Intreruperea formării si distrugerea continuă a legăturilor de H corespunde relaxarii beta a polimerilor . In urma experienţelor efectuate , s-a pus in evidenţă o divergenţă a viscozităţii si deci a timpului caracteristic in apropierea temperaturii de nucleaţie omogenă , adică spre -45oC. Se inţelege astfel că, dacă mişcările de ansamblu ale moleculelor sunt singurele care contează ,această temperatură va fi efectiv temperatura de tranziţie vitroasă ,cea la care apa ingheaţă . Spre-35oC comportamentul viscozităţii apei este incă dominat de modelul alfa ,dar foarte rapid modelul beta impune mişcări (o dinamică) care depinde foarte puţin de temperatură. Acest model oferă câteva avantaje : dă o posibilă explicaţie plauzibilă a faptului că temperatura de divergenţă a vâscozităţii corespunde temperaturii de nucleaţie, se apleacă asupra observaţiilor microscopice şi se procedează prin analogie cu polimerii în loc să se invoce noţiuni abstracte ca linia spinoidală sau un nou punct critic. Un dezavantaj ar fi acela că explică comportamentul apei, tot speculativ în ceea ce priveşte domeniul -40oC - 135oC, unde rezultatele experimentale sunt rezistente. O dată cu apariţia laserelor femtosecundă, va fi posibilă studierea mai amănunţită a acestor legături de H care aşa cum se poate desprinde din acest material joacă un rol foarte important în comportamentul apei.

Comportamentul apei la temperaturi foarte scăzute

În organismul uman adult se găseşte 58% apă din care 45% în spaţiul extracelular şi 55% în cel intracelular. În aparenţă apa este un corp simplu. În realitate ea prezintă proprietăţi uluitoare şi particulare la temperaturi scăzute. Apa este practic singurul corp mai dens în faza sa lichidă decât în faza solidă. Interesante sunt şi tranziţiile de fază, adică schimbările de stare. Cu certitudine apa se transformă în gheaţă la 0oC în vapori la 100oC, dar, în anumite condiţii, poate să rămână în stare lichidă şi în afara acestui interval. Astfel apa , ultrapură, poate fi adusă la 220oC fără a fierbe. Această stare este însă foarte instabilă şi cea mai mică perturbare declanşează o fierbere explozivă. Invers, apa poate să rămână lichidă sub 0oC, caz în care spunem că este supraînmuiată. Cauza acestor remarcabile proprietăţi este legătura de hidrogen. Această pseudolegătură este diferită de adevăratele legături covalente care leagă, în fiecare moleculă de apă, un atom de hidrogen de doi atomi de hidrogen. Legătura de hidrogen nu leagă între ei atomii aceleiaşi molecule ci atomii de oxigen şi hidrogen din molecule diferite. Ea explică comportamentul apei în stare de vapori şi gheaţă. Totuşi, există un domeniu de temperatură : între –40oC şi – 135oC în care schimbările de stare rămân în continuare enigmatice. Peste – 40oC apa este fie supraînmuiată, fie sub formăm de ghiaţă. Dacă se menţine în starea supraînmuiată, până în jurul a –40oC, la această temperatură, numită temperatura de nucleaţie omogenă, apa se transformă spontan în ghiaţa cristalină. Sub –135oC, temperatura de tranziţie vitroasă, apa se poate transforma în gheaţa vitroasă. În acest tip de gheaţă vitroasă moleculele de apă nu se aranjează de-a lungul unei reţele cristaline regulate, ci ca un lichid îngheţat brusc.

Rolul legăturii de hidrogen Apa este un lichid asociat, adică legăturile intermoleculare joacă un rol dominant. În cazul apei predomină interacţiunile atractive şi anume legăturile de hidrogen între molecule. Aceste legături se formează şi se rup de mii de miliarde de ori pe secundă. Ele au rolul de a impune o anumită ordine. Astfel multiplicarea legăturilor de hidrogen antrenează gelifierea.. Într-o legătură covalentă, în sânul aceleiaşi molecule, fiecare atom cedează un electron şi cei doi electroni puşi în comun constituie legătura. Într-o legătură de hidrogen cei doi electroni ai legăturii sunt furnizaţi de un singur atom, în cazul de faţă oxigenul care poartă două dublete electronice Astfel oxigenul se poate angaja singur în două legături de hidrogen în plus faţă de cele două legături covalente. Energia legăturii de hidrogen, de 10KJ/mol, este mult inferioară legăturii covalente, de 492 KJ/mol, iar la temperatura ambiantă este de 4-5 ori superioară celei furnizate de agitaţia termică. Apa, ar trebui să fie deci un solid, deoarece agitaţia termică nu furnizează energia necesară distrugerii

104o

0,1nm

0,18nm

Fig.1 Legătura de hidrogen se formează când un atom de

hidrogen al unei molecule de apă se leagă de un atom de oxigen al altei molecule. Această legătură, de 50 ori mai slabă decât cea

covalentă este responsabilă de proprietăţile extraordinare ale apei.

legăturilor de hidrogen. Lungimea legăturii de hidrogen este de 1,18 nm, practic dublul lungimii legăturii covalente. Când o legătură de hidrogen se rupe, cele două molecule iniţial menţinute la distanţă, se pot apropia. De aceea gheaţa este mai puţin densă decât apa lichidă şi motivul pentru care densitatea apei trece printr-un maxim la 4oC este : cu cât sunt mai multe legături de hidrogen cu atât apa este mai puţin densă. Numărul legăturilor de hidrogen descreşte linear cu temperatura. Acest lucru ţine de echilibrul care se stabileşte în sânul lichidului şi agitaţia termică ce distruge legăturile de hidrogen. Când se trece de la gheaţă la apa lichidă se rup suficiente legături de hidrogen ca reţeaua cristalină să se dizloce. Fiecare moleculă de apă este înconjurată de 4 vecini. În alte lichide numărul de vecini este în general mai mare, putând ajunge chiar 10 vecini în lichidele atomice (argon lichid). Astfel în sânul apei există un mare volum liber disponibil în care au loc vibraţii interne ale fiecărei molecule de apă. Francesco Sette a studiat propagarea sunetului în apă. El a demonstrat că dacă frecvenţa sunetului este suficient de mare pentru a nu modifica structura reţelei legăturilor de hidrogen pe durata a mai multor perioade, unda sonoră se propagă ca într-un solid, din aproape în aproape. Legăturile de hidrogen impun în mod natural o geometrie cristalină a reţelei tetraedrice a apei.

Apa supraînmuiată Apa supraînmuiată se transformă într-un cristal de gheaţă în momentul în care este introdusă o impuritate : acesta este fenomenul de nucleaţie (din latinescul nucleus=nucleu). In prezenţa impurităţii toată masa de apă se transformă într-o fracţiune de secundă în cristal de gheaţă deoarece ordonarea cristalină se propagă precum unda. In condiţii normale nucleaţia se produce la 0oC. Toate asperităţile de la suprafaţa recipientului care conţine apă sau toate impurităţile prezente pe suprafaţa recipientului constituie germeni de cristalizare. In schimb cu apa pură aflată într-un recipient perfect neted şi lipsit de impurităţi, curat, nucleaţia nu este spontană decât la temperatura de nucleaţie omogenă, aflată în jurul temperaturii de –40oC. O explicaţie calitativă a acestei temperaturi ar fi următoarea : o dată ce temperatura este mică, micile variaţii locale ale agitaţiei termice vor fi suficiente pentru a iniţia procesul de nucleaţie. Pe de altă parte, în apropierea temperaturii de –40oC apar micile zone de densităţi egale cu a gheţei cristaline şi acestea se vor putea menţine mai mult timp pentru a iniţia cristalizarea. Când ne apropiem de temperatura de tranziţie vitroasă, inferioară celei de nucleaţie omogenă, vâscozitatea creşte brusc şi se spune că ea este divergentă. In stare vitroasă moleculele îngheaţă şi îşi pierd câteva din gradele lor de libertate, deci o parte din capacitatea lor de a absorbi energie. In cazul apei totul este diferit : vâscozitatea apei supraînmuiate nu este divergentă la temperatura de tranziţie vitroasă ci la temperatura de nucleaţie omogenă. Compresibilitatea (tendinţa de a se comprima sub presiune), căldura specifică (capacitatea de a absorbi energie termică) a apei adoptă şi alte evoluţii diferite de cele pe care le aşteptăm, prin comparaţie cu alte lichide.

Modele propuse

Au fost propuse mai multe modele care să explice comportarea deosebită a apei. Primele modele au fost elaborate de către Osamu Mishima şi Eugene Stanlez de la Institutul japonez de cercetare asupra materialelor anorganice. In 1994 ei au emis teoria conform căreia tranziţiile de fază ale apei la temperaturi coborate se traduc prin prezenţa unui amestec şi anume apa este compusă din 2 forme de gheaţă vitroasă de densităţi diferite. Cea de-a doua teorie se bazează pe dinamica moleculelor de apă. Aceste molecule formate dintr-un atom de oxigen şi doi atomi de hidrogen participă la mişcări de ansamblu, lente, dar şi la mişcări individuale, rapide pentru ca legăturile de hidrogen între molecule se formează şi se desfac fără încetare.

Diagrama de fază a apei ce cuprinde zonele semnalate a fost introdusă de Robin Speedz şi Austen Angell, de la Universitatea din Illinois, acum 30 ani, în 1976.

Domeniile de existenţă ale diferitelor stări (sau faze) sunt separate de linii de coexistenţă (sau linii de echilibru). Linia de coexistenţă lichid-gaz se termină într-un punct critic. De la acest punct apa este supercritică , într-o stare care nu e nuâici gaz, nici lichid. Cele 3 linii de coexistenţă se unesc în punctul triplu. Diagrama de fază prezintă deasemenea şi linii spinodale, care marchează limita peste care o fază metastabilă nu poate exista, aceste linii se găsesc întotdeauna în continuarea unei linii de coexistenţă. Apa rămâne lichidă sub linia de coexistenţă lichid-solid şi gazoasă peste liinia de coexistenţă lichid-gaz. Indiferent de măsurile luate în exteriorul liniei spinodale, apa se transformă în gheaţă (la stânga) şi în vapori (la dreapta). Pe diagramă se observă că apa supraînmuiată întotdeauna dispare la o anumită temperatură (în jur de –40oC la o presiune de sub o atmosferă). Producându-se tranziţia vitroasă plecând de la apa lichidă s-a demonstrat că linia spinodală nu există. În 1984 s-a propus un nou model acela al existenţei unui amestec de 2 lichide în domeniul cuprins între -40oC şi - 135oC. Mishima, Calvert şi Whalley, au comprimat gheaţa obişnuită (cu reţea hexagonală) la presiuni de 12.000 ori mai mari decât presiunea atmosferică normală, la temperatura azotului lichid ( -196oC). Au constatat o spectaculoasă reducere de volum a gheţii care persistă şşi atunci când se revine la presiunea atmosferică normală (menţinând temperatura la – 1960C). Măsurătorile cu raze X au relevat că această gheaţă are o structură vitroasă. S-a obţinut astfel o nouă formă de gheaţă vitroasă şi de densitate foarte mare. Măsurătorile efectuate ulterior arată că în pofida densităţii sale mari, fiecare moleculă din această gheaţă vitroasă nu are decât 4 vecini, ca în cazul apei clasice. Aceasta înseamnă că gheaţa a suferit modificări structurale în care unghiurile au fost modificate.

Apa legata proprietati: - rezista la deshidratare

- nu se evapora uşor - nu ingheata chiar la – 20o C - nu dizolva cristalele, medicamentele, gazelle - nu participa la osmoza - nu permite desfasurarea reactiilor chimice

Metode de determinare a ponderii apei legate intracelulare - distructive – determinarea punctului de congelare

- determinarea punctului de fierbere (deshidratare)

- nedistructive – spectroscopia IR (spectrul apei lichide este diferit de al ghetii)

- masuratorile calorimetrice ( capa = 2cghiata ) - masurarea constantei dielectrice - metoda RMN : se masoara valorile B la care au loc

tranzitiile cuantice ale atomilor de H

Lichid-Solid Punct critic

Linie de

coexistenţă

Linie

spinoidală

Gaz Solid - gaz

Solid

Lichid

Lichid gaz

Punct

-50

-40 0,0098 100 374 T(0 C)

0,00603

1

220 Gheaţă densitate mică

Gheaţa

Densitate mare

Fig.2 Diagrama de fază a apei ce indică zonele de

existenţă a gheţii, apei lichide şi vaporilor de apăm în funcţie de presiune şi temperatură

Ordonarea apei celulare influenteaza desfasurarea proceselor celulare (excitatia, contractia, diviziunea, etc.). In D2O legatura de deuteriu este mult mai puternica ca cea de hydrogen si creste gradul de ordonare. Consecinte: - transportul activ prin membrane se blocheaza

- contractilitatea dispare - inceteaza diviziunea celulara. Apa la temperaturi foarte scazute:

� este mai densa in faza lichida decat in cea solida � apa ultrapura se poate adduce la 220oC fara sa fiarba-este o stare instabila

declanseaza o fierbere exploziva � apa ultrapura poate atinge -40oC fara sa inghete (apa inmuiata) � apa sub -40oC (tempertura de nucleatie omogena) se transforma spontan in gheata

cristalina

Apa sub -135oC (temperatura de tranzitie vitroasa) trece in gheata vitroasa (amorfa) Comportarea apei poate fi interpretata pe baza modelului polimerilor – prin analogie. Atat apa cat si polimerii prezinta o insiruire de monomer intre care se manifesta interactiuni. Lantul polimeric prezinta miscari termice ale scheletului si ale ramificatiilor. Aceste miscari

sunt caracterizate prin timpii de relaxare specifici t1 si t2. Primul( alfa) este characteristic scheletului si al doilea ( beta) este characteristic ramificatiilor.

Print imp de relaxare se intelege intervalul de timp necesar sistemului respective sa atinga starea de echilibru.

Polimerii, la temperaturi scazute trec printr-o tranzitie vitroasa si sub aceasta temperature polimerul este in stare solida

Miscarile ansamblurilor de molecule de apa - (H2O)n pot fi caracterizate astfel: miscarile de ansamblu, respective deformarea retelei corespunde relaxarii t1 (alfa), iar intreruperea lantului si distrugerea puntilor de hidrogen corespunde relaxarii t2 (beta).