Conţinut
Molecula de apă este neutră din punct de vedere electric, dar aranjamentul asimetric al atomilor de hidrogen de pe atomul de oxigen îi conferă o sarcină netă pozitivă pe o parte și o încărcare negativă pe cealaltă. Printre consecințele importante asupra organismelor vii se numără capacitatea apelor de a dizolva o varietate de substanțe, mai mult decât orice alt lichid, și tensiunea sa de suprafață puternică, care îi permite să formeze picături și să călătorească prin rădăcini minuscule, tulpini și capilare. Apa este singura substanță care există sub formă de gaz, lichid și solid la temperaturi găsite pe Pământ, iar din cauza polarității moleculei de apă, starea solidă este mai puțin densă decât cea lichidă. Drept urmare, gheața plutește, iar aceasta are implicații profunde asupra vieții oriunde pe planetă.
Legătură de hidrogen
O modalitate ușoară de a aprecia natura polară a unei molecule de apă este de a o vizualiza ca capul lui Mickey Mouses. Atomii de hidrogen stau deasupra moleculei de oxigen în același mod în care urechile stau pe capul Mickeys. Acest aranjament tetraedric distorsionat are loc datorită modului în care electronii sunt împărțiți între atomi. Atomii de hidrogen formează un unghi de 104,5 grade, oferind fiecărei molecule caracteristicile unui dipol electric sau a unui magnet.
Partea pozitivă (hidrogen) a fiecărei molecule de apă este atrasă de partea negativă (oxigen) a moleculelor înconjurătoare într-un proces numit legătură de hidrogen. Fiecare legătură de hidrogen durează doar o fracție de secundă și nu este suficient de puternică pentru a rupe legăturile covalente dintre atomi, dar dă apei o natură anomală în comparație cu alte lichide, cum ar fi alcoolul. Trei anomalii sunt deosebit de importante pentru organismele vii.
Solventul vieții
Datorită naturii sale polare, apa este capabilă să dizolve atât de multe substanțe, încât oamenii de știință numesc uneori un solvent universal. Organismele absorb numeroase substanțe nutritive esențiale, inclusiv carbon, azot, fosfor, potasiu, calciu, magneziu și sulf din apă. Mai mult, atunci când apa dizolvă un solid ionic, cum ar fi clorura de sodiu, ionii plutesc liber în soluție și îl transformă într-un electrolit. Electroliții conduc semnalele electrice necesare pentru a transmite semnale neuronale, precum și cele care reglementează alte procese biofizice. Apa este, de asemenea, mediul prin care organismele elimină produsele reziduale ale metabolismului.
Forța de legătură a hrănirii
Atracția electrostatică a moleculelor de apă una pentru cealaltă creează fenomenul de tensiune a suprafeței, prin care suprafața apei lichide formează o barieră în care anumite insecte pot merge efectiv. Tensiunea superficială face ca apa să se înalțe în picături, iar atunci când o picătură se apropie de alta, ele se atrag reciproc pentru a forma o singură picătură.
Din cauza acestei atracții, apa poate fi atrasă în capilare mici ca un curent constant. Acest lucru permite plantelor să atragă umezeala din sol prin rădăcinile lor și permite copacilor înalți să obțină hrănire prin atragerea puilor prin porii lor. Atracția moleculelor de apă unul pentru celălalt ajută, de asemenea, la menținerea fluidelor care circulă prin corpurile animale.
Anomalia gheții plutitoare
Dacă gheața nu ar pluti, lumea ar fi un loc diferit și, probabil, nu ar putea susține viața. Oceanele și lacurile s-ar putea îngheța de jos în sus și s-ar putea transforma într-o masă solidă ori de câte ori temperatura a devenit rece. În schimb, corpurile de apă formează o piele de gheață în timpul iernii; suprafața apei îngheață atunci când este expusă la temperaturile mai reci ale aerului, dar gheața rămâne deasupra restului apei, deoarece gheața este mai puțin densă decât apa. Acest lucru permite peștilor și altor creaturi marine să supraviețuiască pe vreme rece și să ofere hrană creaturilor care locuiesc pe uscat.
Cu excepția apei, orice alt compus devine mai dens în stare solidă decât în stare lichidă. Comportamentul unic al apelor este un rezultat direct al polarității moleculei de apă. Pe măsură ce moleculele se instalează în stare solidă, legătura de hidrogen le forțează într-o structură de zăbrele care oferă mai mult spațiu între ele decât aveau în starea lichidă.