Вплив молекулярної будови води на агрохімічні процеси в ґрунті

Вода — основний розчинник в агрохімії. Її унікальні властивості, що визначають рухливість поживних речовин у ґрунті та їх засвоєння рослинами, зумовлені будовою молекули H₂О. Загальні запаси води на Землі становлять 1385984610 км³, і вся ця маса має аномальні фізико-хімічні характеристики завдяки особливому просторовому розташуванню атомів.

У молекулі води зв'язки утворюються за рахунок перекривання s-орбіталей атомів водню і р-орбіталей атома кисню. Через взаємне відштовхування позитивно заряджених атомів водню валентний кут між зв'язками становить не 90°, а 104,5°. Молекула являє собою рівнобедрений трикутник, у якому електрони зміщені до електронегативного кисню. Це зміщення створює чотири полюси заряду: два від’ємні за рахунок неподілених електронних пар на гібридних sp²-орбіталях кисню і два додатні в місцях знаходження протонів водню.

• Запаси води на Землі — 1385984610 км³
• Валентний кут зв'язку — 104,5°
• Радіус молекули — 0,138 нм
• Відстань О—Н — 0,099 нм
• Відстань Н—Н — 0,152 нм
• Енергія зв'язку О—Н — 110 ккал/моль

Водневі зв'язки і структура рідкої води в ґрунті

Молекули води здатні об'єднуватися у структурні агрегати (асоціати) загальної формули (Н₂О)n, де n набуває значень 2, 3, 4 або 5. Це відбувається за рахунок утворення водневих зв'язків — частково донорно-акцепторної і частково електростатичної взаємодії водню з більш електронегативним киснем сусідньої молекули. Такі зв'язки постійно виникають і руйнуються, час їхнього напівжиття не перевищує 1·10⁻⁹ с. Незважаючи на нестабільність окремих зв'язків, їх величезна кількість забезпечує стійкість рідкої води, що вкрай важливо для метаболізму рослин.

Порівняльна міцність різних типів хімічних зв'язків визначає фізико-хімічну поведінку води в ґрунті та рослинному організмі. Водневий зв'язок посідає проміжне положення за своєю енергією, поступаючись ковалентному, але значно перевершуючи ван-дер-ваальсові взаємодії. Це дозволяє воді залишатися рідкою в широкому діапазоні температур, але при цьому легко вступати в обмінні процеси у ґрунтовому розчині.