إذا كنت قادرًا على رؤية جزيء ماء (H2O) عن قرب ، سيبدو إلى حد ما مثل رأس مستدير مع أذنين موضوعتين عند موضع الساعة 10 و 2. فكر في ميكي ماوس. "الأذنين" هما أيوني الهيدروجين بينما "الرأس" هو أيون الأكسجين. نظرًا لأن أيونات الهيدروجين تحمل شحنة موجبة وأيون الأكسجين سالبًا ، فإن هذا الترتيب يعطي للجزيء قطبية صافية ، تشبه إلى حد كبير المغناطيس. تمنح هذه الميزة لجزيء الماء الماء أربع خصائص تجعله لا غنى عنه للحياة. إنه ذو تماسك ونقطة غليان عالية نسبيًا ، وهو أقل كثافة في الحالة الصلبة من الحالة السائلة ، وهو مذيب جيد بشكل استثنائي.
جاذبية مغناطيسية
هيكل جزيء الماء هو رباعي الوجوه مشوه. تشكل أيونات الهيدروجين زاوية 104.5 درجة مع جزيء الأكسجين. والنتيجة هي أنه على الرغم من أن الجزيء متعادل كهربائيًا ، إلا أنه يحتوي على أقطاب ، تمامًا كما تفعل المغناطيسات. ينجذب الجانب السلبي لجزيء واحد إلى الجانب الإيجابي لمن حوله. يُعرف هذا الانجذاب باسم الرابطة الهيدروجينية ، وفي حين أنه ليس قوياً بما يكفي لكسر حفظ الروابط التساهمية الجزيئات معًا ، فهي قوية بما يكفي لإنتاج سلوك شاذ يميز الماء عن الآخر السوائل.
أربع خصائص شاذة
يعتمد الطهاة على الطبيعة القطبية للماء متى استخدموا فرن الميكروويف. لأن الجزيئات تشبه المغناطيس ، فإنها تستجيب للإشعاع عالي التردد بالاهتزاز ، وطاقة هذه الاهتزازات هي التي تنتج الحرارة لطهي الطعام. هذا مثال واحد على أهمية قطبية H.2يا ولكن هناك أكثر أهمية.
تماسك: بسبب الجاذبية المغناطيسية التي تمارسها جزيئات الماء على بعضها البعض ، يميل الماء السائل إلى "الالتصاق معًا". يمكنك رؤية هذا عندما تقترب حبتان من الماء من بعضهما البعض على سطح أملس ومسطح. عندما يقتربون بدرجة كافية ، يندمجون بطريقة سحرية في قطرة واحدة. هذه الخاصية ، التي تسمى التماسك ، تعطي توترًا على سطح الماء تستغله الحشرات ذات الأقدام الكبيرة لتتمكن من المشي على السطح. يسمح للجذور بامتصاص الماء في تيار مستمر ويضمن عدم فصل الماء المتدفق عبر الشعيرات الدموية الدقيقة ، مثل الأوردة.
نقطة غليان عالية: درجة غليان الماء ليست عالية عند مقارنتها ببعض السوائل ، مثل الجلسرين أو زيت الزيتون ، ولكن يجب أن تكون أقل مما هي عليه. تشكلت المركبات من عناصر في نفس المجموعة مثل الأكسجين في الجدول الدوري ، مثل سيلينيوم الهيدروجين (H2Se) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) درجة غليانها تتراوح من 40 إلى 60 درجة مئوية تحت الصفر. ترجع نقطة غليان الماء المرتفعة بالكامل إلى الطاقة الإضافية اللازمة لكسر روابط الهيدروجين. بدون التجاذب المغناطيسي الذي تمارسه جزيئات الماء على بعضها البعض ، سوف يتبخر الماء عند درجة حرارة مثل -60 درجة مئوية ، ولن يكون هناك ماء سائل ولا حياة على الأرض.
الجليد أقل كثافة من الماء: يعمل التماسك الإضافي الذي توفره الرابطة الهيدروجينية على ضغط الماء معًا في الحالة السائلة. عندما يتجمد الماء ، فإن التجاذب / التنافر الإلكتروستاتيكي يخلق بنية شبكية أكثر اتساعًا. الماء هو المركب الوحيد الأقل كثافة في الحالة الصلبة ، وهذا الشذوذ يعني أن الجليد يطفو. إذا لم يحدث ذلك ، فإن كل نظام بيئي بحري سيموت كلما كان الطقس باردًا بدرجة كافية لتجمد المياه.
الماء مذيب عالمي: بسبب الترابط الهيدروجيني القوي ، يذيب الماء مواد أكثر من أي سائل آخر. هذا مهم للكائنات الحية التي تتغذى من العناصر الغذائية الذائبة في الماء. تعتمد معظم الكائنات الحية أيضًا على الإلكتروليتات ، وهي محاليل مائية تحتوي على مواد مذابة أيونية ، لنقل الإشارات الكهربية الحيوية.