Зміст
Молекула води електрично нейтральна, але асиметричне розташування атомів водню на атомі кисню дає їй чистий позитивний заряд з одного боку та негативний заряд з іншого. Серед важливих наслідків для живих організмів - здатність води до розчинення різноманітних речовин, більше, ніж будь-яка інша рідина, та її сильне поверхневе натяг, що дозволяє їй утворювати краплі та проходити крізь крихітні коріння, стебла та капіляри. Вода - єдина речовина, яка існує як газ, рідина та тверда речовина при температурах, виявлених на Землі, а через полярність молекули води твердий стан менш щільний, ніж рідкий. Як результат, лід пливе, і це має глибокі наслідки для життя всюди на планеті.
Водневе зв’язування
Простий спосіб оцінити полярну природу молекули води - це візуалізувати її як голову Міккі Мауза. Атоми водню сидять над молекулою кисню приблизно так само, як вуха сидять на голові Міккі. Таке спотворене тетраедричне розташування виникає через спосіб розподілу електронів між атомами. Атоми водню утворюють кут 104,5 градусів, надаючи кожній молекулі характеристики електричного диполя чи магніту.
Позитивна (воднева) сторона кожної молекули води притягується до негативної (кисневої) сторони оточуючих молекул у процесі, який називається водневим зв’язком. Кожен водневий зв’язок триває лише частину секунди, і він майже не досить сильний, щоб розірвати ковалентні зв’язки між атомами, але він надає воді аномальний характер порівняно з іншими рідинами, такими як алкоголь. Три аномалії особливо важливі для живих організмів.
Розчинник життя
Через свою полярну природу вода здатна розчиняти стільки речовин, що вчені іноді називають її універсальним розчинником. Організми поглинають з води багато важливих поживних речовин, включаючи вуглець, азот, фосфор, калій, кальцій, магній та сірку. Більше того, коли вода розчиняє іонну тверду речовину, таку як хлорид натрію, іони вільно плавають у розчині та перетворюють його на електроліт. Електроліти проводять електричні сигнали, необхідні для передачі нейронних сигналів, а також ті, що регулюють інші біофізичні процеси. Вода також є середовищем, за допомогою якого організми виводять відходи продуктів обміну речовин.
Пов’язуюча сила живлення
Електростатичне притягнення молекул води одна до одної створює явище поверхневого натягу, завдяки якому поверхня рідкої води утворює бар'єр, по якому фактично можуть ходити певні комахи. Поверхневий натяг змушує намистину води перетворюватися на краплі, і коли одна крапелька наближається до іншої, вони притягують один одного, утворюючи єдину крапельку.
Через цю привабливість вода може потрапляти в невеликі капіляри як постійний потік. Це дозволяє рослинам витягувати вологу з ґрунту через коріння, а це дозволяє високим деревам живитись, проводячи сік через пори. Залучення молекул води один до одного також допомагає зберегти рідину, що циркулює по тілах тварин.
Аномалія плаваючого льоду
Якби лід не плив, світ був би іншим місцем і, ймовірно, не міг би підтримати життя. Океани і озера могли замерзати знизу вгору і могли перетворюватися на тверду масу, коли температура ставала холодною. Натомість водойми утворюють шкіру льоду протягом зими; поверхня води замерзає під впливом більш холодних температур повітря над нею, але лід залишається поверх решти води, оскільки лід менш щільний, ніж вода. Це дозволяє рибам та іншим морським істотам виживати в холодну погоду і забезпечувати їжею істот, що живуть на суші.
За винятком води, кожна інша сполука стає твердішою у твердому стані, ніж у рідкому. Унікальна поведінка вод - прямий результат полярності молекули води. По мірі того, як молекули осідають у твердому стані, зв'язування водню примушує їх до решітчастої структури, що забезпечує більше місця між ними, ніж у рідкому стані.