Ако сте успели да видите водна молекула (H2О) отблизо би изглеждало донякъде като кръгла глава с две уши, разположени в позициите 10 и 2 часа. Помислете за Мики Маус. "Ушите" са двата водородни йона, докато "главата" е кислородният йон. Тъй като водородните йони носят положителен заряд, а кислородният йон отрицателен, това устройство дава на молекулата нетна полярност, подобно на магнит. Тази характеристика на водната молекула придава на водата четири свойства, които я правят незаменима за цял живот. Той има кохезия и сравнително висока точка на кипене, в твърдо състояние е по-малко плътен от течността и е изключително добър разтворител.
Магнитно привличане
Структурата на водната молекула е изкривен тетраедър. Водородните йони образуват ъгъл от 104,5 градуса с молекулата на кислорода. Резултатът е, че докато молекулата е електрически неутрална, тя има полюси, точно както правят магнитите. Отрицателната страна на една молекула е привлечена от положителната страна на тези около нея. Това привличане е известно като водородна връзка и макар да не е достатъчно силно, за да разруши запазването на ковалентните връзки молекулите заедно, той е достатъчно силен, за да създаде аномално поведение, което отличава водата от останалите течности.
Четири аномални свойства
Готвачите разчитат на полярната природа на водата, когато използват микровълнова фурна. Тъй като молекулите са като магнити, те реагират на високочестотното излъчване чрез вибриране и енергията на тези вибрации е това, което произвежда топлината за приготвяне на храната. Това е един пример за важността на полярността на H2О, но има и по-важни.
Сближаване: Поради магнитното привличане на водни молекули, които се упражняват една върху друга, течната вода има тенденция да се „слепва заедно“. Можете да видите това, когато две топчета вода се приближават една към друга на равна, гладка повърхност. Когато се приближат достатъчно, те магически се сливат в една капчица. Това свойство, наречено кохезия, дава водно повърхностно напрежение, което насекомите с големи крака използват, за да могат да ходят по повърхността. Той позволява на корените да изсмукват вода в непрекъснат поток и гарантира, че водата, преминаваща през малки капиляри, като вени, не се отделя.
Висока точка на кипене: Точката на кипене на водата не е висока в сравнение с някои течности, като глицерин или зехтин, но трябва да е по-ниска, отколкото е. Съединения, образувани от елементи от същата група като кислорода в периодичната таблица, като водороден селен (Н2Se) и сероводород (H2S), имат точки на кипене, които са от 40 до 60 градуса по Целзий под нулата. Високата точка на кипене на водата се дължи изцяло на допълнителната енергия, необходима за разкъсване на водородните връзки. Без магнитното привличане, което водните молекули упражняват една върху друга, водата ще се изпари при нещо като -60 ° C и няма да има течна вода и живот на Земята.
Ледът е по-малко плътен от водата: Допълнителната кохезия, осигурена чрез водородна връзка, компресира водата в течно състояние. Когато водата замръзва, електростатичното привличане / отблъскване създава решетъчна структура, която е по-просторна. Водата е единственото съединение, което е по-малко плътно в твърдо състояние и тази аномалия означава, че ледът плава. Ако не го направи, всяка морска екосистема ще умре, когато времето е достатъчно студено, за да замръзне водата.
Водата е универсален разтворител: Поради силната си водородна връзка, водата разтваря повече вещества, отколкото която и да е друга течност. Това е важно за живите същества, които се хранят с хранителни вещества, разтворени във вода. Повечето живи същества също разчитат на електролити, които са водни разтвори, съдържащи йонни разтворени вещества, за предаване на биоелектрически сигнали.