La molécule d'eau est électriquement neutre, mais la disposition asymétrique des atomes d'hydrogène sur l'atome d'oxygène lui confère une charge nette positive d'un côté et une charge négative de l'autre. Parmi les conséquences importantes pour les organismes vivants, il y a la capacité de l'eau à dissoudre une variété de substances, plus que tout autre autre liquide, et sa forte tension superficielle, qui lui permet de former des gouttes et de voyager à travers de minuscules racines, tiges et capillaires. L'eau est la seule substance qui existe sous forme de gaz, liquide et solide aux températures trouvées sur Terre, et en raison de la polarité de la molécule d'eau, l'état solide est moins dense que le liquide Etat. En conséquence, la glace flotte, ce qui a de profondes implications pour la vie partout sur la planète.
Liaison à l'hydrogène
Un moyen facile d'apprécier la nature polaire d'une molécule d'eau est de la visualiser comme la tête de Mickey Mouse. Les atomes d'hydrogène reposent sur la molécule d'oxygène de la même manière que les oreilles reposent sur la tête de Mickey. Cet arrangement tétraédrique déformé résulte de la façon dont les électrons sont partagés entre les atomes. Les atomes d'hydrogène forment un angle de 104,5 degrés, donnant à chaque molécule les caractéristiques d'un dipôle électrique ou d'un aimant.
Le côté positif (hydrogène) de chaque molécule d'eau est attiré par le côté négatif (oxygène) des molécules environnantes dans un processus appelé liaison hydrogène. Chaque liaison hydrogène ne dure qu'une fraction de seconde et n'est pas assez forte pour rompre la covalente liaisons entre les atomes, mais il donne à l'eau une nature anormale par rapport à d'autres liquides, tels que de l'alcool. Trois anomalies sont particulièrement importantes pour les organismes vivants.
Le solvant de la vie
En raison de sa nature polaire, l'eau est capable de dissoudre tellement de substances que les scientifiques l'appellent parfois un solvant universel. Les organismes absorbent de nombreux nutriments essentiels, notamment le carbone, l'azote, le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre de l'eau. De plus, lorsque l'eau dissout un solide ionique, tel que le chlorure de sodium, les ions flottent librement dans la solution et la transforment en électrolyte. Les électrolytes conduisent les signaux électriques nécessaires à la transmission des signaux neuronaux ainsi que ceux qui régulent d'autres processus biophysiques. L'eau est également le moyen par lequel les organismes éliminent les déchets du métabolisme.
La force de liaison de la nourriture
L'attraction électrostatique des molécules d'eau les unes pour les autres crée le phénomène de surface tension, par laquelle la surface de l'eau liquide forme une barrière sur laquelle certains insectes peuvent réellement marche. La tension superficielle fait perler l'eau en gouttelettes et lorsqu'une gouttelette s'approche d'une autre, elles s'attirent pour former une seule gouttelette.
En raison de cette attraction, l'eau peut être aspirée dans de petits capillaires sous forme de flux constant. Cela permet aux plantes de puiser l'humidité du sol à travers leurs racines, et cela permet aux grands arbres de se nourrir en tirant la sève à travers leurs pores. L'attraction des molécules d'eau les unes pour les autres aide également à maintenir la circulation des fluides dans les corps des animaux.
L'anomalie de la glace flottante
Si la glace ne flottait pas, le monde serait un endroit différent et ne serait probablement pas en mesure de supporter la vie. Les océans et les lacs pouvaient geler de bas en haut et se transformer en une masse solide chaque fois que la température devenait froide. Au lieu de cela, les plans d'eau forment une peau de glace pendant l'hiver; la surface de l'eau gèle lorsqu'elle est exposée aux températures de l'air plus froides au-dessus d'elle, mais la glace reste au-dessus du reste de l'eau car la glace est moins dense que l'eau. Cela permet aux poissons et autres créatures marines de survivre par temps froid et de fournir de la nourriture aux créatures terrestres.
À l'exception de l'eau, tout autre composé devient plus dense à l'état solide qu'à l'état liquide. Le comportement unique de l'eau est le résultat direct de la polarité de la molécule d'eau. Au fur et à mesure que les molécules se déposent à l'état solide, la liaison hydrogène les force à former une structure en réseau qui offre plus d'espace entre elles qu'elles n'en avaient à l'état liquide.