Pengaruh Polaritas Air pada Makhluk Hidup

Molekul air secara elektrik netral, tetapi susunan asimetris atom hidrogen pada atom oksigen memberinya muatan positif bersih di satu sisi dan muatan negatif di sisi lain. Di antara konsekuensi penting bagi organisme hidup adalah kemampuan air untuk melarutkan berbagai zat, lebih dari apa pun cairan lain, dan tegangan permukaannya yang kuat, yang memungkinkannya membentuk tetesan dan bergerak melalui akar kecil, batang dan kapiler. Air adalah satu-satunya zat yang ada sebagai gas, cair dan padat pada suhu yang ditemukan di Bumi, dan karena polaritas molekul air, keadaan padat kurang padat daripada cairan negara. Akibatnya, es mengapung, dan ini memiliki implikasi mendalam bagi kehidupan di mana pun di planet ini.

Cara mudah untuk menghargai sifat polar molekul air adalah dengan memvisualisasikannya sebagai kepala Mickey Mouse. Atom hidrogen duduk di atas molekul oksigen dengan cara yang sama seperti telinga duduk di kepala Mickey. Susunan tetrahedral terdistorsi ini terjadi karena cara elektron dibagi antara atom. Atom hidrogen membentuk sudut 104,5 derajat, memberikan setiap molekul karakteristik dipol listrik atau magnet.

Sisi positif (hidrogen) dari setiap molekul air tertarik ke sisi negatif (oksigen) dari molekul di sekitarnya dalam proses yang disebut ikatan hidrogen. Setiap ikatan hidrogen hanya berlangsung sepersekian detik, dan hampir tidak cukup kuat untuk memutuskan kovalenvalen ikatan antara atom, tetapi memberikan air sifat anomali jika dibandingkan dengan cairan lain, seperti alkohol. Tiga anomali sangat penting bagi organisme hidup.

Karena sifatnya yang polar, air mampu melarutkan begitu banyak zat sehingga para ilmuwan terkadang menyebutnya sebagai pelarut universal. Organisme menyerap banyak nutrisi penting, termasuk karbon, nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, magnesium, dan belerang dari air. Selain itu, ketika air melarutkan padatan ionik, seperti natrium klorida, ion-ion tersebut mengapung bebas dalam larutan dan mengubahnya menjadi elektrolit. Elektrolit menghantarkan sinyal listrik yang diperlukan untuk mengirimkan sinyal saraf serta yang mengatur proses biofisik lainnya. Air juga merupakan media di mana organisme menghilangkan produk limbah metabolisme.

Daya tarik elektrostatik molekul air satu sama lain menciptakan fenomena permukaan ketegangan, di mana permukaan air cair membentuk penghalang di mana serangga tertentu benar-benar dapat berjalan. Tegangan permukaan membuat manik-manik air menjadi tetesan, dan ketika satu tetesan mendekati yang lain, mereka menarik satu sama lain untuk membentuk satu tetesan.

Karena daya tarik ini, air dapat ditarik ke dalam kapiler kecil sebagai aliran yang stabil. Hal ini memungkinkan tanaman untuk menarik uap air dari tanah melalui akarnya, dan memungkinkan pohon-pohon tinggi untuk mendapatkan makanan dengan menarik getah melalui pori-pori mereka. Daya tarik molekul air satu sama lain juga membantu menjaga cairan tetap bersirkulasi melalui tubuh hewan.

Jika es tidak mengapung, dunia akan menjadi tempat yang berbeda dan mungkin tidak akan dapat mendukung kehidupan. Lautan dan danau bisa membeku dari bawah ke atas dan bisa berubah menjadi massa padat setiap kali suhu menjadi dingin. Sebaliknya, badan air membentuk kulit es selama musim dingin; permukaan air membeku ketika terkena suhu udara yang lebih dingin di atasnya, tetapi es tetap berada di atas sisa air karena es kurang padat daripada air. Hal ini memungkinkan ikan dan makhluk laut lainnya untuk bertahan hidup dalam cuaca dingin dan menyediakan makanan bagi makhluk darat.

Kecuali air, setiap senyawa lain menjadi lebih padat dalam keadaan padat daripada dalam keadaan cair. Perilaku unik air adalah akibat langsung dari polaritas molekul air. Saat molekul mengendap dalam keadaan padat, ikatan hidrogen memaksa mereka menjadi struktur kisi yang menyediakan lebih banyak ruang di antara mereka daripada yang mereka miliki dalam keadaan cair.