Οι επιπτώσεις της πολικότητας του νερού στα ζωντανά πράγματα

Το μόριο νερού είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αλλά η ασύμμετρη διάταξη των ατόμων υδρογόνου στο άτομο οξυγόνου του δίνει ένα καθαρό θετικό φορτίο από τη μία πλευρά και ένα αρνητικό φορτίο από την άλλη. Μεταξύ των σημαντικών συνεπειών για τους ζωντανούς οργανισμούς είναι η ικανότητα του νερού να διαλύει μια ποικιλία ουσιών, περισσότερο από οποιαδήποτε άλλο υγρό, και την έντονη επιφανειακή του τάση, που του επιτρέπει να σχηματίζει σταγόνες και να ταξιδεύει μέσα από μικροσκοπικές ρίζες, μίσχους και τριχοειδή. Το νερό είναι η μόνη ουσία που υπάρχει ως αέριο, υγρό και στερεό σε θερμοκρασίες που βρίσκονται στη Γη, και λόγω της πολικότητας του μορίου του νερού, η στερεά κατάσταση είναι λιγότερο πυκνή από το υγρό κατάσταση. Ως αποτέλεσμα, ο πάγος επιπλέει και αυτό έχει βαθιές επιπτώσεις στη ζωή παντού στον πλανήτη.

Ένας εύκολος τρόπος για να εκτιμήσετε την πολική φύση ενός μορίου νερού είναι να το απεικονίσετε ως κεφάλι του Μίκυ Μάους. Τα άτομα υδρογόνου κάθονται στην κορυφή του μορίου οξυγόνου με τον ίδιο τρόπο που τα αυτιά κάθονται στο κεφάλι του Μίκυ. Αυτή η παραμορφωμένη τετραεδρική διάταξη συμβαίνει λόγω του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ των ατόμων. Τα άτομα υδρογόνου σχηματίζουν γωνία 104,5 μοιρών, δίνοντας σε κάθε μόριο τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρικού διπόλου ή ενός μαγνήτη.

Η θετική (υδρογόνο) πλευρά κάθε μορίου νερού προσελκύεται στην αρνητική (οξυγόνο) πλευρά των γύρω μορίων σε μια διαδικασία που ονομάζεται σύνδεση υδρογόνου. Κάθε δεσμός υδρογόνου διαρκεί μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και δεν είναι αρκετά ισχυρός για να σπάσει τον ομοιοπολικό συνδέεται μεταξύ των ατόμων, αλλά δίνει στο νερό μια ανώμαλη φύση σε σύγκριση με άλλα υγρά, όπως αλκοόλ. Τρεις ανωμαλίες είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τους ζωντανούς οργανισμούς.

Λόγω της πολικής του φύσης, το νερό είναι σε θέση να διαλύσει τόσες πολλές ουσίες που οι επιστήμονες το αποκαλούν μερικές φορές παγκόσμιο διαλύτη. Οι οργανισμοί απορροφούν πολλά απαραίτητα θρεπτικά συστατικά, όπως άνθρακα, άζωτο, φώσφορο, κάλιο, ασβέστιο, μαγνήσιο και θείο από το νερό. Επιπλέον, όταν το νερό διαλύει ένα ιοντικό στερεό, όπως το χλωριούχο νάτριο, τα ιόντα επιπλέουν ελεύθερα σε διάλυμα και το μετατρέπουν σε ηλεκτρολύτη. Οι ηλεκτρολύτες διεξάγουν τα ηλεκτρικά σήματα που απαιτούνται για τη μετάδοση νευρικών σημάτων καθώς και εκείνα που ρυθμίζουν άλλες βιοφυσικές διεργασίες. Το νερό είναι επίσης το μέσο μέσω του οποίου οι οργανισμοί αποβάλλουν τα απόβλητα του μεταβολισμού.

Η ηλεκτροστατική έλξη μορίων νερού για το ένα το άλλο δημιουργεί το φαινόμενο της επιφάνειας ένταση, με την οποία η επιφάνεια του υγρού νερού σχηματίζει ένα φράγμα πάνω στο οποίο ορισμένα έντομα μπορούν πραγματικά Περπατήστε. Η επιφανειακή τάση κάνει το σφαιρίδιο νερού σε σταγονίδια και όταν ένα σταγονίδιο πλησιάζει το άλλο, προσελκύουν το ένα το άλλο για να σχηματίσουν ένα μόνο σταγονίδιο.

Λόγω αυτού του αξιοθέατου, το νερό μπορεί να τραβηχτεί σε μικρά τριχοειδή ως σταθερό ρεύμα. Αυτό επιτρέπει στα φυτά να αντλούν υγρασία από το έδαφος μέσω των ριζών τους και επιτρέπει στα ψηλά δέντρα να τρέφονται με τη λήψη χυμού μέσω των πόρων τους. Η προσέλκυση μορίων νερού το ένα για το άλλο βοηθά επίσης στην διατήρηση των υγρών που κυκλοφορούν μέσω των ζώων.

Εάν ο πάγος δεν επιπλέει, ο κόσμος θα ήταν διαφορετικός τόπος και μάλλον δεν θα μπορούσε να στηρίξει τη ζωή. Οι ωκεανοί και οι λίμνες θα μπορούσαν να παγώσουν από κάτω προς τα πάνω και θα μπορούσαν να μετατραπούν σε στερεά μάζα όποτε η θερμοκρασία έγινε κρύα. Αντ 'αυτού, τα υδάτινα σώματα σχηματίζουν ένα δέρμα πάγου κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η επιφάνεια του νερού παγώνει όταν εκτίθεται στις ψυχρότερες θερμοκρασίες αέρα πάνω από αυτήν, αλλά ο πάγος παραμένει πάνω από το υπόλοιπο νερό, επειδή ο πάγος είναι λιγότερο πυκνός από το νερό. Αυτό επιτρέπει στα ψάρια και άλλα θαλάσσια πλάσματα να επιβιώσουν σε κρύο καιρό και να παρέχουν τροφή στα πλάσματα που κατοικούν στη γη.

Εκτός από το νερό, κάθε άλλη ένωση γίνεται πυκνότερη σε στερεά κατάσταση από ό, τι στην υγρή κατάσταση. Η μοναδική συμπεριφορά του νερού είναι άμεσο αποτέλεσμα της πολικότητας του μορίου του νερού. Καθώς τα μόρια καθίστανται σε στερεά κατάσταση, η σύνδεση υδρογόνου τα αναγκάζει σε δομή δικτυωτού πλέγματος που παρέχει περισσότερο χώρο μεταξύ τους από ότι είχαν στην υγρή κατάσταση.