Zawartość
Cząsteczka wody jest elektrycznie obojętna, ale asymetryczny układ atomów wodoru na atomie tlenu daje mu dodatni ładunek netto z jednej strony i ujemny ładunek z drugiej. Do ważnych konsekwencji dla żywych organizmów należy zdolność wody do rozpuszczania różnych substancji, bardziej niż jakiejkolwiek innej cieczy, oraz jej silne napięcie powierzchniowe, które pozwala jej tworzyć krople i przemieszczać się przez maleńkie korzenie, łodygi i naczynia włosowate. Woda jest jedyną substancją, która istnieje jako gaz, ciecz i ciało stałe w temperaturach występujących na Ziemi, a ze względu na polarność cząsteczki wody stan stały jest mniej gęsty niż stan ciekły. W rezultacie lód unosi się, co ma głębokie konsekwencje dla życia na całym świecie.
Wiązanie wodorowe
Łatwym sposobem na docenienie polarnej natury cząsteczki wody jest wizualizacja jej jako głowy Myszki Miki. Atomy wodoru siedzą na szczycie cząsteczki tlenu w taki sam sposób, jak uszy siedzą na głowie Mickeya. To zniekształcone ustawienie czworościenne powstaje z powodu sposobu, w jaki elektrony są dzielone między atomami. Atomy wodoru tworzą kąt 104,5 stopnia, nadając każdej cząsteczce charakterystykę dipola elektrycznego lub magnesu.
Dodatnia (wodór) strona każdej cząsteczki wody jest przyciągana do ujemnej (tlenowej) strony otaczających cząsteczek w procesie zwanym wiązaniem wodorowym. Każde wiązanie wodorowe trwa tylko ułamek sekundy i nie jest wystarczająco silne, aby zerwać wiązania kowalencyjne między atomami, ale nadaje wodzie anomalny charakter w porównaniu z innymi cieczami, takimi jak alkohol. Trzy anomalie są szczególnie ważne dla żywych organizmów.
Rozpuszczalnik życia
Ze względu na swój polarny charakter woda jest w stanie rozpuścić tak wiele substancji, że naukowcy czasami nazywają ją uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Organizmy absorbują z wody wiele niezbędnych składników odżywczych, w tym węgiel, azot, fosfor, potas, wapń, magnez i siarkę. Ponadto, gdy woda rozpuszcza jonowe ciało stałe, takie jak chlorek sodu, jony swobodnie pływają w roztworze i zamieniają je w elektrolit. Elektrolity przewodzą sygnały elektryczne potrzebne do przesyłania sygnałów neuronowych, a także te, które regulują inne procesy biofizyczne. Woda jest również ośrodkiem, przez który organizmy eliminują produkty przemiany materii.
Wiążąca siła odżywiania
Elektrostatyczne wzajemne przyciąganie się cząsteczek wody powoduje zjawisko napięcia powierzchniowego, w którym powierzchnia ciekłej wody tworzy barierę, po której faktycznie mogą chodzić pewne owady. Napięcie powierzchniowe powoduje, że kropla wody zamienia się w kropelki, a gdy jedna kropla zbliża się do drugiej, przyciągają się nawzajem, tworząc jedną kroplę.
Z powodu tej atrakcji woda może zostać wciągnięta do małych naczyń włosowatych jako stały strumień. Pozwala to roślinom pobierać wilgoć z gleby przez ich korzenie, a wysokie drzewa mogą odżywiać się, wciągając sok przez pory. Przyciąganie do siebie cząsteczek wody pomaga również w utrzymaniu krążenia płynów w ciałach zwierząt.
Anomalia pływającego lodu
Gdyby lód nie unosił się, świat byłby innym miejscem i prawdopodobnie nie byłby w stanie utrzymać życia. Oceany i jeziora mogą zamarzać od podstaw i zamieniać się w stałą masę, gdy temperatura staje się zimna. Zamiast tego podczas zimy bryły wody tworzą skórkę lodu; powierzchnia wody zamarza, gdy jest wystawiona na działanie niższych temperatur powietrza powyżej niej, ale lód pozostaje na wierzchu reszty wody, ponieważ lód jest mniej gęsty niż woda. Pozwala to rybom i innym stworzeniom morskim przetrwać w chłodne dni i zapewnić pożywienie dla zwierząt lądowych.
Z wyjątkiem wody, każdy inny związek staje się gęstszy w stanie stałym niż w stanie ciekłym. Unikalne zachowanie wody jest bezpośrednim wynikiem polarności cząsteczki wody. Gdy cząsteczki osiadają w stanie stałym, wiązanie wodorowe zmusza je do struktury sieci, która zapewnia więcej przestrzeni między nimi niż w stanie ciekłym.