Περιεχόμενο
Το μόριο του νερού είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αλλά η ασύμμετρη διάταξη των ατόμων υδρογόνου στο άτομο οξυγόνου του δίνει καθαρό θετικό φορτίο στη μία πλευρά και αρνητικό φορτίο στο άλλο. Μεταξύ των σημαντικών συνεπειών για τους ζώντες οργανισμούς είναι η ικανότητα των νερών να διαλύουν μια ποικιλία ουσιών, περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο υγρό, και την έντονη επιφανειακή τάση, που του επιτρέπει να σχηματίζει σταγόνες και να ταξιδεύει μέσα από μικροσκοπικές ρίζες, στελέχη και τριχοειδή αγγεία. Το νερό είναι η μόνη ουσία που υπάρχει ως αέριο, υγρό και στερεό σε θερμοκρασίες που βρίσκονται στη Γη και λόγω της πολικότητας του μορίου του νερού, η στερεή κατάσταση είναι λιγότερο πυκνή από την υγρή κατάσταση. Ως αποτέλεσμα, ο πάγος επιπλέει και αυτό έχει βαθιές συνέπειες για τη ζωή παντού στον πλανήτη.
Σύνδεση υδρογόνου
Ένας εύκολος τρόπος να εκτιμήσετε την πολική φύση ενός μορίου νερού είναι να τον απεικονίσετε ως το κεφάλι του Mickey Mouses. Τα άτομα υδρογόνου κάθονται στην κορυφή του μορίου οξυγόνου με τον ίδιο τρόπο που τα αυτιά κάθονται στο κεφάλι του Mickeys. Αυτή η παραμορφωμένη τετραεδρική διάταξη έρχεται περίπου λόγω του τρόπου που τα ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ των ατόμων. Τα άτομα υδρογόνου σχηματίζουν γωνία 104,5 μοιρών, δίνοντας σε κάθε μόριο τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρικού διπόλου ή ενός μαγνήτη.
Η θετική (υδρογόνο) πλευρά κάθε μορίου νερού προσελκύεται στην αρνητική (οξυγόνο) πλευρά των περιβαλλόντων μορίων σε μια διαδικασία που ονομάζεται δεσμός υδρογόνου. Κάθε δεσμός υδρογόνου διαρκεί μόνο για ένα κλάσμα ενός δευτερολέπτου και δεν είναι σχεδόν αρκετά ισχυρός για να σπάσει τους ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων, αλλά δίνει στο νερό μια ανώμαλη φύση σε σύγκριση με άλλα υγρά, όπως το αλκοόλ. Τρεις ανωμαλίες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τους ζώντες οργανισμούς.
Ο διαλύτης της ζωής
Λόγω της πολικής φύσης του, το νερό είναι ικανό να διαλύσει τόσες ουσίες που οι επιστήμονες μερικές φορές αποκαλούν παγκόσμια διαλύτη. Οι οργανισμοί απορροφούν πολλά απαραίτητα θρεπτικά συστατικά, όπως άνθρακα, άζωτο, φώσφορο, κάλιο, ασβέστιο, μαγνήσιο και θείο από το νερό. Επιπλέον, όταν το νερό διαλύει ένα ιοντικό στερεό, όπως το χλωριούχο νάτριο, τα ιόντα επιπλέουν ελεύθερα στο διάλυμα και το μετατρέπουν σε ηλεκτρολύτη. Οι ηλεκτρολύτες διεξάγουν τα ηλεκτρικά σήματα που χρειάζονται για τη μετάδοση νευρικών σημάτων καθώς και εκείνα που ρυθμίζουν άλλες βιοφυσικές διεργασίες. Το νερό είναι επίσης το μέσο μέσω του οποίου οι οργανισμοί εξαλείφουν τα απόβλητα του μεταβολισμού.
Η δεσμευτική δύναμη της τροφής
Η ηλεκτροστατική έλξη μορίων νερού μεταξύ τους δημιουργεί το φαινόμενο της επιφανειακής τάσης, όπου η επιφάνεια του υγρού νερού σχηματίζει ένα φράγμα στο οποίο μπορούν να περπατήσουν ορισμένα έντομα. Η επιφανειακή τάση καθιστά το νερό χάντρες μέχρι σταγονίδια, και όταν ένα σταγονίδιο πλησιάζει το άλλο, προσελκύουν το ένα το άλλο για να σχηματίσουν ένα μοναδικό σταγονίδιο.
Λόγω της έλξης αυτής, το νερό μπορεί να τραβηχτεί σε μικρά τριχοειδή αγγεία ως σταθερό ρεύμα. Αυτό επιτρέπει στα φυτά να αντλούν υγρασία από το έδαφος μέσω των ριζών τους, και επιτρέπει στα ψηλά δέντρα να παίρνουν τροφή με το χτύπημα μέσω των πόρων τους. Η προσέλκυση μορίων νερού μεταξύ τους βοηθά επίσης να διατηρούνται τα υγρά που κυκλοφορούν μέσω των σωμάτων των ζώων.
Η ανωμαλία του πλωτού πάγου
Εάν ο πάγος δεν επιπλέει, ο κόσμος θα ήταν διαφορετικός τόπος και πιθανότατα δεν θα μπορούσε να υποστηρίξει τη ζωή. Οι ωκεανοί και οι λίμνες θα μπορούσαν να παγώσουν από κάτω προς τα πάνω και θα μπορούσαν να μετατραπούν σε στερεά μάζα κάθε φορά που η θερμοκρασία έμενε κρύα. Αντ 'αυτού, τα ύδατα σχηματίζουν ένα δέρμα πάγου κατά τη διάρκεια του χειμώνα. η επιφάνεια του νερού παγώνει όταν εκτίθεται στις ψυχρότερες θερμοκρασίες του αέρα πάνω από αυτό, αλλά ο πάγος παραμένει στην κορυφή του υπόλοιπου νερού επειδή ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το νερό. Αυτό επιτρέπει σε ψάρια και άλλα θαλάσσια πλάσματα να επιβιώσουν σε κρύο και να παρέχουν τροφή για πλάσματα που κατοικούν στο έδαφος.
Εκτός από το νερό, κάθε άλλη ένωση γίνεται πιο πυκνή στη στερεά κατάσταση από ότι βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Η μοναδική συμπεριφορά των υδάτων είναι άμεσο αποτέλεσμα της πολικότητας του μορίου του νερού. Καθώς τα μόρια καθιζάνουν στη στερεά κατάσταση, η δέσμευση με υδρογόνο τις ωθεί σε μια δομή πλέγματος που παρέχει περισσότερο χώρο μεταξύ τους από ότι είχαν στην υγρή κατάσταση.