Indhold
Vandmolekylet er elektrisk neutralt, men det asymmetriske arrangement af hydrogenatomer på oxygenatomet giver det en nettopositiv ladning på den ene side og en negativ ladning på den anden. Blandt de vigtige konsekvenser for levende organismer er vandets evne til at opløse en række stoffer, mere end nogen anden væske, og dens stærke overfladespænding, som gør det muligt for den at danne dråber og rejse gennem små rødder, stængler og kapillærer. Vand er det eneste stof, der findes som en gas, væske og fast stof ved temperaturer, der findes på Jorden, og på grund af vandmolekylets polaritet er den faste tilstand mindre tæt end den flydende tilstand. Som et resultat flyder is, og dette har dybe konsekvenser for livet overalt på planeten.
Hydrogenbinding
En nem måde at værdsætte den polære natur af et vandmolekyle er at visualisere det som Mickey Mouses hoved. Brintatomerne sidder oven på iltmolekylet på omtrent samme måde som ørerne sidder på Mickeys hoved. Dette forvrængede tetraedriske arrangement sker på grund af den måde, elektroner deles mellem atomerne. Brintatomerne danner en vinkel på 104,5 grader, hvilket giver hvert molekyle egenskaberne ved en elektrisk dipol eller en magnet.
Den positive (hydrogen) side af hvert vandmolekyle tiltrækkes af den negative (ilt) side af de omgivende molekyler i en proces, der kaldes hydrogenbinding. Hver hydrogenbinding varer kun i en brøkdel af et sekund og er ikke næsten stærk nok til at bryde de kovalente bindinger mellem atomerne, men det giver vand en afvigende karakter sammenlignet med andre væsker, såsom alkohol. Tre anomalier er især vigtige for levende organismer.
Livets opløsningsmiddel
På grund af sin polære natur er vand i stand til at opløse så mange stoffer, at forskere undertiden kalder det et universelt opløsningsmiddel. Organismer absorberer mange essentielle næringsstoffer, herunder kulstof, nitrogen, fosfor, kalium, calcium, magnesium og svovl fra vand. Når vand opløser et ionisk fast stof, såsom natriumchlorid, flyder ionerne desuden frit i opløsning og omdanner det til en elektrolyt. Elektrolytter dirigerer de elektriske signaler, der er nødvendige for at transmittere neurale signaler, såvel som dem, der regulerer andre biofysiske processer. Vand er også det medium, gennem hvilket organismer eliminerer stofskiftets affaldsprodukter.
Den bindende næringskraft
Den elektrostatiske tiltrækning af vandmolekyler for hinanden skaber fænomenet overfladespænding, hvorved overfladen af flydende vand danner en barriere, som visse insekter faktisk kan gå på. Overfladespænding får vandet til at perle op i dråber, og når en dråbe nærmer sig en anden, tiltrækker de hinanden og danner en enkelt dråbe.
På grund af denne attraktion kan vand trækkes ind i små kapillærer som en stabil strøm. Dette gør det muligt for planter at trække fugt fra jorden gennem deres rødder, og det giver høje træer mulighed for at få næring ved at trække sap gennem deres porer. Tiltrækning af vandmolekyler for hinanden hjælper også med at holde væsker cirkuleret gennem dyrelegemer.
Anomalien ved flydende is
Hvis is ikke flød, ville verden være et andet sted og sandsynligvis ikke kunne støtte livet. Hav og søer kunne fryse nedefra og op og kunne blive til en fast masse, når temperaturen blev kold. I stedet danner vandlegemer en hud af is om vinteren; vandets overflade fryser, når den udsættes for de koldere lufttemperaturer derover, men isen forbliver på toppen af resten af vandet, fordi is er mindre tæt end vand. Dette gør det muligt for fisk og andre havdyr at overleve i koldt vejr og skaffe mad til landboende væsener.
Bortset fra vand bliver enhver anden forbindelse tættere i fast tilstand end i flydende tilstand. Vandets unikke opførsel er et direkte resultat af vandmolekylets polaritet. Når molekylerne sætter sig i fast tilstand, tvinger hydrogenbinding dem ind i en gitterstruktur, der giver mere plads mellem dem, end de havde i den flydende tilstand.