En vattenmolekyl är den minsta enheten av vatten: en syreatom förenad med två väteatomer, vilket skrivs H₂O. Den är cirka 0,28 nanometer (280 picometer) i diameter, mätt som det utrymme som en molekyl tar upp bland sina grannar. En nanometer är en miljarddel av en meter, och en picometer är en tusendel av en nanometer.

Storlek

En molekyl har ingen hård yttre yta. Elektronerna bildar ett moln som gradvis blir tunnare, så storleken beror på hur den mäts.

De tre atomernas centrum ligger tätt ihop. Varje väteatom ligger cirka 0,096 nanometer från syreatomen, och de två bindningarna möts i en vinkel på cirka 104,5 grader. Den vinkeln ger molekylen en böjd form, med de två väteatomerna cirka 0,15 nanometer från varandra.

Elektronmolnet sträcker sig utanför atomernas centrum, så varje molekyl tar upp mer utrymme än så. Forskare uppskattar ofta storleken utifrån hur tätt vattenmolekyler packas ihop. I flytande vatten anger röntgenmätningar att centrum hos grannmolekyler ligger 0,280 nanometer från varandra. En uppskattning i läroböcker, baserad på hur många molekyler som ryms i en liter vatten, ger ungefär 0,3 nanometer.

Storleksjämförelser

• Cirka 290 000–360 000 vattenmolekyler sida vid sida skulle sträcka sig över ett människohår, som är 0,08–0,1 millimeter brett.
• Om en vattenmolekyl förstorades till storleken av en tennisboll, skulle ett människohår som är 0,1 millimeter brett vara cirka 24 kilometer brett.
• En cesiumatom, en av de största atomerna, är cirka 0,5 nanometer i diameter, knappt dubbelt så bred som en vattenmolekyl.

Varför vattenmolekyler håller ihop

Syre drar hårdare i delade elektroner än väte gör. Därför tillbringar elektronerna i en vattenmolekyl mer tid nära syreatomen. Det ger syreänden en svag negativ laddning och väteändarna en svag positiv laddning. En molekyl med laddningar som är åtskilda på det här sättet kallas polär.

Motsatta laddningar dras till varandra, så varje vattenmolekyl drar i sina grannar. Dessa dragningskrafter kallas vätebindningar. De håller ihop vattenmolekyler vid ytan av en vätska, vilket skapar vattnets ytspänning. Det är därför vatten bildar droppar på en torr yta i stället för att flyta ut platt.

Hur vatten tar sig in i celler

Vatten tar sig snabbt genom membranen kring många celler via proteinkanaler som kallas akvaporiner. Peter Agre och hans kollegor identifierade den första i membranen hos mänskliga röda blodkroppar, och varje röd blodkropp har cirka 200 000 av dem. Agre delade 2003 års nobelpris i kemi för upptäckten av vattenkanaler.

På det smalaste stället är kanalen 0,28 nanometer bred, ungefär lika stor som en enda vattenmolekyl. Vattenmolekyler passerar därför i en enda rad, cirka 3 miljarder av dem varje sekund genom varje kanal. Den smala öppningen och en elektrisk laddning inuti kanalen stöter tillbaka protoner, de laddade partiklar som gör en vätska sur. I njurarna hjälper akvaporiner till att ta tillbaka 99 % av det vatten som filtreras bort från blodet.

Källor

• Experimental data for H2O (Water). NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database.
• Benchmark oxygen-oxygen pair-distribution function of ambient water from x-ray diffraction measurements with a wide Q-range. Skinner et al., Journal of Chemical Physics, 2013.
• How big are biochemical nuts and bolts?. In Cell Biology by the Numbers, by Ron Milo and Rob Phillips. Garland Science, 2015.
• Inhibitors of Mammalian Aquaporin Water Channels. Abir-Awan et al., International Journal of Molecular Sciences, 2019.
• Aquaporin Water Channels. Nobel Lecture by Peter Agre, Nobel Foundation, 2003.
• The Nobel Prize in Chemistry 2003. Nobel Prize Outreach.
• Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
• Water. In Biology 2e. OpenStax, 2018.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.