Se potessi vedere una molecola d'acqua (H2O) da vicino, sembrerebbe un po' una testa rotonda con due orecchie posizionate a ore 10 e ore 2. Pensa a Topolino. Le "orecchie" sono i due ioni idrogeno mentre la "testa" è lo ione ossigeno. Poiché gli ioni idrogeno portano una carica positiva e lo ione ossigeno una negativa, questa disposizione conferisce alla molecola una polarità netta, proprio come un magnete. Questa caratteristica della molecola d'acqua conferisce all'acqua quattro proprietà che la rendono indispensabile per la vita. Ha coesione e un punto di ebollizione relativamente alto, è meno denso allo stato solido rispetto allo stato liquido ed è un solvente eccezionalmente buono.
Attrazione magnetica
La struttura della molecola d'acqua è un tetraedro distorto. Gli ioni idrogeno formano un angolo di 104,5 gradi con la molecola di ossigeno. Il risultato è che, mentre la molecola è elettricamente neutra, ha dei poli, proprio come i magneti. Il lato negativo di una molecola è attratto dal lato positivo di quelli che la circondano. Questa attrazione è nota come legame a idrogeno e sebbene non sia abbastanza forte da rompere i legami covalenti mantenendosi le molecole insieme, è abbastanza forte da produrre un comportamento anomalo che distingue l'acqua dalle altre liquidi.
Quattro proprietà anomale
I cuochi si affidano alla natura polare dell'acqua ogni volta che usano un forno a microonde. Poiché le molecole sono come i magneti, rispondono alle radiazioni ad alta frequenza vibrando e l'energia di queste vibrazioni è ciò che produce il calore per cuocere il cibo. Questo è un esempio dell'importanza della polarità di H2O, ma ce ne sono di più importanti.
Coesione: A causa dell'attrazione magnetica che le molecole d'acqua esercitano l'una sull'altra, l'acqua liquida tende ad "attaccarsi insieme". Puoi vederlo quando due perline d'acqua si avvicinano l'una all'altra su una superficie piana e liscia. Quando si avvicinano abbastanza, si fondono magicamente in un'unica goccia. Questa proprietà, chiamata coesione, conferisce all'acqua la tensione superficiale che gli insetti con i piedi grandi sfruttano per poter camminare in superficie. Consente alle radici di aspirare l'acqua in un flusso continuo e assicura che l'acqua che scorre attraverso minuscoli capillari, come le vene, non si separi.
Punto di ebollizione alto: Il punto di ebollizione dell'acqua non è elevato rispetto ad alcuni liquidi, come la glicerina o l'olio d'oliva, ma dovrebbe essere inferiore a quello che è. Composti formati da elementi dello stesso gruppo dell'ossigeno nella tavola periodica, come l'idrogeno selenio (H2Se) e idrogeno solforato (H2S), hanno punti di ebollizione da 40 a 60 gradi Celsius sotto lo zero. L'alto punto di ebollizione dell'acqua è interamente dovuto all'energia extra necessaria per rompere i legami a idrogeno. Senza l'attrazione magnetica che le molecole d'acqua esercitano l'una sull'altra, l'acqua vaporizzerebbe a qualcosa come -60° C e non ci sarebbe acqua liquida e vita sulla Terra.
Il ghiaccio è meno denso dell'acqua: La coesione extra fornita dal legame a idrogeno comprime insieme l'acqua allo stato liquido. Quando l'acqua gela, l'attrazione/repulsione elettrostatica crea una struttura reticolare più spaziosa. L'acqua è l'unico composto meno denso allo stato solido, e questa anomalia significa che il ghiaccio galleggia. In caso contrario, ogni ecosistema marino morirebbe ogni volta che il clima fosse abbastanza freddo da far congelare l'acqua.
L'acqua è un solvente universale: A causa del suo forte legame idrogeno, l'acqua dissolve più sostanze di qualsiasi altro liquido. Questo è importante per gli esseri viventi che traggono nutrimento dai nutrienti disciolti nell'acqua. La maggior parte degli esseri viventi si affida anche agli elettroliti, che sono soluzioni acquose contenenti soluti ionici, per la trasmissione dei segnali bioelettrici.