Wenn Sie ein Wassermolekül (H2O) Aus der Nähe betrachtet, würde es ein bisschen wie ein runder Kopf mit zwei Ohren aussehen, die auf der 10- und 2-Uhr-Position positioniert sind. Denken Sie an Micky Maus. Die "Ohren" sind die beiden Wasserstoffionen, während der "Kopf" das Sauerstoffion ist. Da die Wasserstoffionen eine positive und die Sauerstoffionen eine negative Ladung tragen, verleiht diese Anordnung dem Molekül eine Nettopolarität, ähnlich einem Magneten. Diese Eigenschaft des Wassermoleküls verleiht Wasser vier Eigenschaften, die es für das Leben unverzichtbar machen. Es hat Kohäsion und einen vergleichsweise hohen Siedepunkt, es ist im festen Zustand weniger dicht als im flüssigen Zustand und es ist ein außergewöhnlich gutes Lösungsmittel.
Magnetische Anziehungskraft
Die Struktur des Wassermoleküls ist ein verzerrtes Tetraeder. Die Wasserstoffionen bilden mit dem Sauerstoffmolekül einen 104,5-Grad-Winkel. Das Ergebnis ist, dass das Molekül zwar elektrisch neutral ist, aber Pole hat, genau wie Magnete. Die negative Seite eines Moleküls wird von der positiven Seite der umgebenden Moleküle angezogen. Diese Anziehung ist als Wasserstoffbrückenbindung bekannt, und obwohl sie nicht stark genug ist, um die kovalenten Bindungen zu brechen, bleibt sie erhalten die Moleküle zusammen, ist es stark genug, um ein anormales Verhalten zu erzeugen, das Wasser von anderen unterscheidet Flüssigkeiten.
Vier anomale Eigenschaften
Köche verlassen sich auf die polare Natur des Wassers, wenn sie einen Mikrowellenherd benutzen. Da die Moleküle wie Magnete sind, reagieren sie auf hochfrequente Strahlung mit Schwingungen, und die Energie dieser Schwingungen erzeugt die Hitze, um das Essen zu kochen. Dies ist ein Beispiel für die Bedeutung der Polarität von H2Oh, aber es gibt wichtigere.
Zusammenhalt: Aufgrund der magnetischen Anziehung, die Wassermoleküle aufeinander ausüben, neigt flüssiges Wasser dazu, "zusammenzukleben". Sie können dies sehen, wenn sich zwei Wasserperlen auf einer ebenen, glatten Oberfläche nähern. Wenn sie nahe genug herankommen, verschmelzen sie auf magische Weise zu einem einzigen Tröpfchen. Diese Eigenschaft, die als Kohäsion bezeichnet wird, verleiht der Wasseroberflächenspannung, die Insekten mit großen Füßen nutzen, um auf der Oberfläche laufen zu können. Es ermöglicht den Wurzeln, Wasser in einem kontinuierlichen Strom zu saugen und sorgt dafür, dass Wasser, das durch winzige Kapillaren, wie beispielsweise Adern, fließt, sich nicht trennt.
Hoher Siedepunkt: Der Siedepunkt von Wasser ist im Vergleich zu einigen Flüssigkeiten wie Glycerin oder Olivenöl nicht hoch, aber er sollte niedriger sein, als er ist. Verbindungen, die aus Elementen der gleichen Gruppe wie Sauerstoff im Periodensystem gebildet werden, wie Wasserstoffselen (H2Se) und Schwefelwasserstoff (H2S), haben Siedepunkte, die 40 bis 60 Grad Celsius unter Null liegen. Der hohe Siedepunkt von Wasser ist ausschließlich auf die zusätzliche Energie zurückzuführen, die benötigt wird, um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen. Ohne die magnetische Anziehung, die Wassermoleküle aufeinander ausüben, würde Wasser bei etwa -60 °C verdampfen, und es gäbe kein flüssiges Wasser und kein Leben auf der Erde.
Eis ist weniger dicht als Wasser: Die zusätzliche Kohäsion, die durch Wasserstoffbindungen bereitgestellt wird, komprimiert Wasser im flüssigen Zustand zusammen. Wenn Wasser gefriert, erzeugt elektrostatische Anziehung/Abstoßung eine Gitterstruktur, die geräumiger ist. Wasser ist die einzige Verbindung, die im festen Zustand weniger dicht ist, und diese Anomalie bedeutet, dass Eis schwimmt. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde jedes marine Ökosystem sterben, wenn das Wetter kalt genug war, um das Wasser zu gefrieren.
Wasser ist ein universelles Lösungsmittel: Aufgrund seiner starken Wasserstoffbrückenbindung löst Wasser mehr Stoffe als jede andere Flüssigkeit. Dies ist wichtig für Lebewesen, die sich aus im Wasser gelösten Nährstoffen ernähren. Die meisten Lebewesen sind auch auf Elektrolyte angewiesen, bei denen es sich um Wasserlösungen mit ionischen gelösten Stoffen zur Übertragung bioelektrischer Signale handelt.