Veden napaisuuden vaikutukset eläviin olentoihin

Vesimolekyyli on sähköisesti neutraali, mutta vetyatomien epäsymmetrinen järjestely happiatomissa antaa sille positiivisen nettovarauksen toisella puolella ja negatiivisen varauksen toisella puolella. Tärkeitä seurauksia eläville organismeille ovat veden kyky liuottaa erilaisia ​​aineita enemmän kuin mikään muu muu neste ja sen voimakas pintajännitys, jonka avulla se voi muodostaa tippoja ja kulkea pienien juurien, varsien ja kapillaareja. Vesi on ainoa aine, joka esiintyy kaasuna, nestemäisenä ja kiinteänä maapallon lämpötiloissa, ja vesimolekyylin napaisuuden vuoksi kiinteä tila on vähemmän tiheä kuin neste osavaltio. Tämän seurauksena jää kelluu, ja sillä on syvällisiä vaikutuksia elämään kaikkialla planeetalla.

Helppo tapa arvostaa vesimolekyylin polaarista luonnetta on visualisoida se Mikki Hiiren päänä. Vetyatomit istuvat happimolekyylin päällä samalla tavalla kuin korvat Mikkiin pään päällä. Tämä vääristynyt tetraedrinen järjestely johtuu siitä, miten elektronit jaetaan atomien välillä. Vetyatomit muodostavat 104,5 asteen kulman, mikä antaa jokaiselle molekyylille sähköisen dipolin tai magneetin ominaisuudet.

Jokaisen vesimolekyylin positiivinen (vety) puoli kiinnittyy ympäröivien molekyylien negatiiviseen (happi) puoleen prosessissa, jota kutsutaan vetysidokseksi. Jokainen vetysidos kestää vain murto-osan sekunnista, eikä se ole melkein tarpeeksi vahva rikkomaan kovalenttia sitoutuu atomien välillä, mutta se antaa vedelle poikkeavan luonteen verrattuna muihin nesteisiin, kuten alkoholia. Kolme poikkeamaa ovat erityisen tärkeitä eläville organismeille.

Polaarisen luonteensa vuoksi vesi pystyy liuottamaan niin monia aineita, että tutkijat kutsuvat sitä joskus universaaliksi liuottimeksi. Organismit imevät vedestä monia välttämättömiä ravintoaineita, mukaan lukien hiili, typpi, fosfori, kalium, kalsium, magnesium ja rikki. Lisäksi kun vesi liuottaa ionisen kiinteän aineen, kuten natriumkloridin, ionit kelluvat vapaasti liuoksessa ja muuttavat sen elektrolyytiksi. Elektrolyytit johtavat sekä hermosignaalien lähettämiseen tarvittavia sähköisiä signaaleja että muita biofysikaalisia prosesseja sääteleviä signaaleja. Vesi on myös väliaine, jonka kautta organismit eliminoivat aineenvaihdunnan jätteet.

Vesimolekyylien sähköstaattinen vetovoima toisiaan kohtaan luo pinnan ilmiön jännitys, jolloin nestemäisen veden pinta muodostaa esteen, jolla tietyt hyönteiset voivat todella kävellä. Pintajännitys tekee vesihelmistä pisaroita, ja kun yksi pisara lähestyy toista, ne houkuttelevat toisiaan muodostamaan yhden pisaran.

Tämän vetovoiman takia vesi voi vetää pieniä kapillaareja tasaisena virtana. Tämä antaa kasvien vetää kosteutta maaperästä juuriensa kautta ja antaa korkeille puille ravintoa vetämällä mehua huokosiinsa. Vesimolekyylien vetovoima toistensa suhteen auttaa myös pitämään nesteitä kiertävissä eläinkehojen läpi.

Jos jää ei kellu, maailma olisi eri paikka eikä todennäköisesti pystyisi tukemaan elämää. Meret ja järvet voivat jäätyä alhaalta ylöspäin ja muuttua kiinteäksi massaksi aina, kun lämpötila muuttuu kylmäksi. Sen sijaan vesimuodostumat muodostavat jääkuoren talvella; veden pinta jäätyy, kun se altistuu kylmemmille ilman lämpötiloille sen yläpuolella, mutta jää pysyy muun veden päällä, koska jää on vähemmän tiheää kuin vesi. Tämä antaa kalojen ja muiden merenelävien selviytyä kylmällä säällä ja tarjota ruokaa maalla asuville olennoille.

Vettä lukuun ottamatta kaikki muut yhdisteet muuttuvat kiinteässä tilassa tiheämmiksi kuin nestemäiset. Veden ainutlaatuinen käyttäytyminen on suora seuraus vesimolekyylin napaisuudesta. Kun molekyylit asettuvat kiinteään tilaan, vetysidos pakottaa ne ristikkorakenteeseen, joka tarjoaa enemmän tilaa niiden välillä kuin nestemäisessä tilassa.