Sadržaj
Molekula vode je električno neutralna, ali asimetrični raspored atoma vodika na kisikovom atomu daje neto pozitivan naboj s jedne strane i negativan naboj s druge strane. Među važnim posljedicama za žive organizme spadaju sposobnost vode da rastvara različite tvari, više nego bilo koja druga tekućina, i snažna površinska napetost, što mu omogućuje da formira kapljice i putuje kroz sitne korijene, stabljike i kapilare. Voda je jedina tvar koja postoji kao plin, tekućina i kruta tvar na temperaturama koje se nalaze na Zemlji, a zbog polariteta molekula vode, čvrsto je stanje manje gusto od tekućeg. Kao rezultat toga, led pluta, a to ima duboke posljedice za život svuda na planeti.
Vezanje vodika
Jednostavan način procjene polarne prirode molekula vode je vizualizacija u obliku glave Mickey Mousesa. Atomi vodika sjede iznad molekule kisika na gotovo isti način kao i uši na Mickeysovoj glavi. Do ovog izobličenog tetraedarskog rasporeda dolazi zbog načina na koji se elektroni dijele između atoma. Atomi vodika tvore kut od 104,5 stupnjeva, što svakoj molekuli daje karakteristike električnog dipola ili magneta.
Pozitivna (vodikova) strana svake molekule vode privlači se negativnom (kisikovom) stranom molekula u okruženju u procesu koji se naziva vezanje vodika. Svaka vodikova veza traje samo djelić sekunde i nije gotovo dovoljno jaka da prekine kovalentne veze između atoma, ali daje vodi nepravilnu prirodu u usporedbi s drugim tekućinama, poput alkohola. Tri su anomalije posebno važne za žive organizme.
Rješitelj života
Zbog svoje polarne prirode, voda je sposobna rastopiti toliko tvari da ga znanstvenici ponekad nazivaju univerzalnim otapalom. Organizmi apsorbiraju iz vode mnoge esencijalne hranjive tvari, uključujući ugljik, dušik, fosfor, kalij, kalcij, magnezij i sumpor. Štoviše, kada voda otopi ionsku krutinu, poput natrijevog klorida, ioni slobodno lebde u otopini i pretvaraju je u elektrolit. Elektroliti provode električne signale potrebne za prijenos neuronskih signala, kao i one koji reguliraju ostale biofizičke procese. Voda je i medij putem kojeg organizmi uklanjaju otpadne produkte metabolizma.
Vezna sila ishrane
Elektrostatička privlačnost molekula vode jedna za drugu stvara fenomen površinske napetosti pri čemu površina tekuće vode stvara barijeru po kojoj određeni insekti mogu zapravo hodati. Površinska napetost zrnu vode pretvara u kapljice, a kada se jedna kapljica približi drugoj, one se privlače jedna u drugu.
Zbog ove privlačnosti voda se može uvući u male kapilare kao stalni tok. To omogućava biljkama da kroz korijenje crpe vlagu iz tla, a visokim stablima omogućuje prehranu crtajući sok kroz pore. Privlačenje molekula vode jedna za drugu također pomaže u održavanju protoka tekućine kroz životinjska tijela.
Anomalija lebdećeg leda
Da led ne bi lebdio, svijet bi bio na drugom mjestu i vjerojatno ne bi mogao podržati život. Okeani i jezera mogli su se smrznuti odozdo prema gore i mogli bi se pretvoriti u čvrstu masu kad god bi temperatura postala hladna. Umjesto toga, vodena tijela tijekom zime tvore kožu leda; površina vode se smrzava kada je izložena hladnijim temperaturama zraka iznad nje, ali led ostaje na ostatku vode jer je led manje gust od vode. To omogućava ribama i drugim morskim stvorenjima da prežive u hladnom vremenu i osiguraju hranu za kopnena bića.
Osim vode, svaki drugi spoj postaje gušći u čvrstom stanju nego što je u tekućem. Jedinstveno ponašanje vode izravni je rezultat polarnosti molekule vode. Kako se molekule naseljavaju u kruto stanje, vezanje vodika tjera ih u rešetkastu strukturu koja pruža više prostora između njih nego što su imali u tekućem stanju.