Innehåll
Vattenmolekylen är elektriskt neutral, men det asymmetriska arrangemanget av väteatomerna på syreatomen ger den en nettopositiv laddning på ena sidan och en negativ laddning på den andra. Bland de viktiga konsekvenserna för levande organismer är vattenförmågan att lösa upp en mängd olika ämnen, mer än någon annan vätska, och dess starka ytspänning, vilket gör att den kan bilda droppar och resa genom små rötter, stjälkar och kapillärer. Vatten är den enda substansen som finns som gas, vätska och fast material vid temperaturer som finns på jorden, och på grund av polariteten i vattenmolekylen är det fasta tillståndet mindre tätt än vätsketillståndet. Som ett resultat flyter is, och detta har djupa konsekvenser för livet överallt på planeten.
Vätebindning
Ett enkelt sätt att uppskatta den polära naturen hos en vattenmolekyl är att visualisera den som Mickey Mouses huvud. Väteatomerna sitter ovanpå syremolekylen på ungefär samma sätt som öronen sitter på Mickeys huvud. Detta förvrängda tetraedriska arrangemang sker på grund av hur elektroner delas mellan atomerna. Väteatomerna bildar en vinkel på 104,5 grader, vilket ger varje molekyl egenskaperna hos en elektrisk dipol eller en magnet.
Den positiva (väte) sidan av varje vattenmolekyl dras till den negativa (syre) sidan av omgivande molekyler i en process som kallas vätebindning. Varje vätebindning varar bara i en bråkdel av en sekund och är inte nästan stark nog för att bryta de kovalenta bindningarna mellan atomerna, men det ger vatten en anomal natur jämfört med andra vätskor, till exempel alkohol. Tre avvikelser är särskilt viktiga för levande organismer.
Livets lösningsmedel
På grund av dess polära natur kan vatten lösa upp så många ämnen att forskare ibland kallar det ett universellt lösningsmedel. Organismer absorberar många viktiga näringsämnen, inklusive kol, kväve, fosfor, kalium, kalcium, magnesium och svavel från vatten. Dessutom, när vatten löser upp ett joniskt fast ämne, såsom natriumklorid, flyter jonerna fritt i lösning och förvandlar det till en elektrolyt. Elektrolyter leder de elektriska signalerna som behövs för att sända neurala signaler såväl som de som reglerar andra biofysiska processer. Vatten är också det medium genom vilket organismer eliminerar ämnesomsättningens avfallsprodukter.
Näringens bindande kraft
Den elektrostatiska attraktionen av vattenmolekyler för varandra skapar fenomenet ytspänning, varvid ytan av flytande vatten bildar en barriär på vilken vissa insekter faktiskt kan gå. Ytspänning gör att vattnet pärlor upp i droppar, och när en droppe närmar sig en annan drar de varandra och bildar en enda droppe.
På grund av denna attraktion kan vatten dras in i små kapillärer som en stadig ström. Detta gör att växter kan dra fukt från jorden genom sina rötter, och det gör att höga träd får näring genom att dra sap genom sina porer. Attraktionen av vattenmolekyler för varandra hjälper också till att hålla vätskor som cirkulerar genom djurkroppar.
Anomalin av flytande is
Om is inte flyter, skulle världen vara en annan plats och förmodligen inte skulle kunna stödja livet. Hav och sjöar kan frysa nerifrån och upp och kan förvandlas till en fast massa när temperaturen blev kall. Istället bildar vattendrag en ishud under vintern; vattenytan fryser när den utsätts för de kallare lufttemperaturerna ovanför, men isen stannar ovanpå resten av vattnet eftersom isen är mindre tät än vatten. Detta tillåter fisk och andra marina varelser att överleva i kallt väder och tillhandahålla mat för landboende varelser.
Förutom vatten blir alla andra föreningar tätare i fast tillstånd än i flytande tillstånd. Vattnets unika beteende är ett direkt resultat av vattenmolekylens polaritet. När molekylerna sätter sig i det fasta tillståndet tvingar vätebindning dem in i en gitterstruktur som ger mer utrymme mellan dem än de hade i flytande tillstånd.