Wasser scheint das wichtigste Umweltmerkmal zu sein, das die Existenz und den Erhalt von Leben ermöglicht. Es gibt Organismen, die ohne Sonnenlicht oder Sauerstoff existieren, aber es wurden noch keine gefunden, die völlig unabhängig von Wasser existieren. Selbst winterharte Kakteen in den Weiten der Wüste benötigen zum Überleben eine gewisse Menge Wasser. Das Geheimnis der Nützlichkeit des Wassers für das Leben liegt in seiner Eigenschaft der Wasserstoffbrückenbindung, die fünf Eigenschaften verleiht, die wichtig sind, um eine Umgebung zu schaffen, in der Leben existieren und gedeihen kann.
Wasser ist kohäsiv und klebend.
Wassermoleküle sind polar. Das heißt, ein Ende des Moleküls ist elektronegativer (negative Ladung) als das andere Ende (positive Ladung). Daher werden die gegenüberliegenden Enden verschiedener Wassermoleküle wie die gegenüberliegenden Enden von Magneten voneinander angezogen. Die Anziehungskräfte zwischen Wassermolekülen werden als "Wasserstoffbrücken" bezeichnet. Die Wasserstoffbrückenbindung Die Tendenz von Wasser führt dazu, dass es "klebrig" ist, indem Wassermoleküle dazu neigen, zusammenzukleben (wie in a Pfütze). Dies wird als Zusammenhalt bezeichnet. Aufgrund dieser Eigenschaft hat Wasser eine hohe Oberflächenspannung. Dies bedeutet, dass es etwas mehr Kraft erfordert, die Oberfläche der Wasserpfütze zu durchbrechen. Wasser ist auch klebend, d. h. es haftet neben Wasser auch an anderen Molekülen. Insbesondere haftet es an wasserlöslichen (hydrophilen) Substanzen wie Stärke oder Zellulose. Es haftet nicht an hydrophoben Substanzen wie Öl.
Wasser behält eine relativ konstante Temperatur bei.
Wasser hat eine hohe spezifische Wärme, eine hohe Verdampfungswärme und eine Verdunstungskühleigenschaft, die zusammen dazu führt, dass es dazu neigt, eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Wassertemperaturen können sich natürlich ändern, sie ändern sich nur langsamer als die Temperaturen anderer Stoffe. Jede dieser Eigenschaften ist auf die Wasserstoffbindungseigenschaft von Wasser zurückzuführen. Das Aufbrechen und Bilden der Bindungen, die erforderlich wären, um die Temperatur des Wassers zu ändern (Temperatur beeinflusst die Geschwindigkeit der Molekülbewegung), benötigt eine zusätzliche Menge an Energie (oder Wärme) Komplett.
Eine hohe spezifische Wärme bedeutet, dass Wasser Wärme besser aufnimmt und speichert als viele Stoffe. Das heißt, es wird mehr Energie (Wärme) benötigt, um die Temperatur des Wassers zu ändern. Eine hohe Verdampfungswärme bedeutet, dass mehr Energie (Wärme) benötigt wird, um Wasser in ein Gas (Dampf) zu verwandeln als viele andere Stoffe. Die Verdunstungskühlung entsteht dadurch, dass die Wassermoleküle in einen gasförmigen Zustand (in Dampf) entweichen und Wärme mitnehmen und damit aus der Wasserpfütze. Als Ergebnis neigt die Wasserpfütze dazu, die Temperatur nicht stark zu erhöhen und bleibt konstant.
Wasser ist ein gutes Lösungsmittel
Da Wasser polar ist und daher leicht Wasserstoffbrückenbindungen eingehen, lösen sich andere polare Moleküle leicht darin auf. Denken Sie daran, dass bei polaren Molekülen an einem Ende des Moleküls eine negative Ladung vorhanden ist, die wie ein Magnet von der positiven Ladung am anderen Ende anderer Moleküle angezogen wird. Diese Anziehung bildet Wasserstoffbrückenbindungen. Polare Moleküle werden auch als hydrophile (wasserliebende) oder wasserlösliche Moleküle bezeichnet. Wasser löst jedoch unpolare oder hydrophobe (wasserbefürchtende) Moleküle nicht gut auf. Hydrophobe Moleküle umfassen Öle und Fette.
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus
Die hohe Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Wasser führt dazu, dass die Wassermoleküle weiter voneinander entfernt sind als die Moleküle in anderen Flüssigkeiten (die Bindungen nehmen selbst Platz ein). In flüssigem Wasser werden die Bindungen ständig geknüpft, aufgebrochen und neu gebildet, sodass das Wasser ohne eine bestimmte Form fließen kann. Wenn Wasser jedoch gefriert, können die Bindungen nicht mehr gelöst werden, da dafür keine Wärmeenergie zur Verfügung steht. Daher bilden die Wassermoleküle ein Gitter, das ausgedehnter ist als Wasser in flüssiger Form. Da das gefrorene Wasser die gleiche Anzahl von Molekülen enthält, aber ausgedehnter ist, ist es weniger dicht als flüssiges Wasser. Das weniger dichte Eis (festes Wasser) schwimmt daher über dem dichteren flüssigen Wasser.
Ein Eisfilm über einem Gewässer wirkt als Isolator. Dadurch wird das flüssige Wasser unter dem Eis vor der Außenluft geschützt und gefriert auch weniger. Dies ist ein weiterer Grund dafür, dass Wasser eine konstante Temperatur aufrechterhalten kann.
Wasser hat einen neutralen pH-Wert.
Wasser [H2O] kann in Wasserstoff-[H+]- und Hydroxyl-[OH-]-Ionen dissoziieren. Der pH-Wert ist ein relatives Maß für Wasserstoff zu Hydroxylionen. Da Wasser etwa gleich viele Wasserstoff- und Hydroxylionen enthält, ist es weder sauer noch basisch, sondern hat einen neutralen pH-Wert von 7. Und da es sowohl Wasserstoff- als auch Hydroxylionen enthält, kann es alles bereitstellen, was benötigt wird, um den pH-Wert einer enzymatischen Reaktion zu regulieren, die in seiner Gegenwart stattfindet. Als Ergebnis ist es ein Mehrzwecklösungsmittel, in dem möglicherweise Millionen verschiedener enzymatischer Reaktionen mit unterschiedlichen pH-Anforderungen ablaufen könnten.