L'acqua risulta essere la singola caratteristica ambientale più importante che consente l'esistenza e il mantenimento della vita. Esistono organismi che esistono senza luce solare o ossigeno, ma non è stato ancora trovato nessuno che esista in modo completamente indipendente dall'acqua. Anche i cactus resistenti negli angoli più remoti del deserto richiedono una certa quantità di acqua per sopravvivere. Il segreto dell'utilità dell'acqua per la vita risiede nella sua caratteristica di legame idrogeno, che conferisce cinque proprietà importanti per creare un ambiente in cui la vita possa esistere e prosperare.
L'acqua è coesiva e adesiva.
Le molecole d'acqua sono polari. Cioè, un'estremità della molecola è più elettronegativa (carica negativa) dell'altra estremità (carica positiva). Pertanto, le estremità opposte di diverse molecole d'acqua sono attratte l'una dall'altra come le estremità opposte dei magneti. Le forze attrattive tra le molecole d'acqua sono note come "legami idrogeno". Il legame idrogeno tendenza dell'acqua la rende 'appiccicosa', in quanto le molecole d'acqua tendono ad aderire tra loro (come in a pozzanghera). Questo è noto come coesione. A causa di questa proprietà, l'acqua ha un'elevata tensione superficiale. Ciò significa che ci vuole un po' di forza in più per rompere la superficie della pozza d'acqua. L'acqua è anche adesiva, il che significa che tende ad aderire ad altre molecole oltre all'acqua. In particolare si attaccherà a sostanze solubili in acqua (idrofile), come amidi o cellulosa. Non aderisce a sostanze idrofobe, come l'olio.
L'acqua mantiene una temperatura relativamente costante.
L'acqua ha un alto calore specifico, un alto calore di vaporizzazione e una proprietà di raffreddamento evaporativo che insieme la fa tendere a mantenere una temperatura costante. Le temperature dell'acqua possono cambiare, ovviamente, cambiano solo più lentamente delle temperature di altre sostanze. Ognuna di queste proprietà è dovuta alla proprietà di legame idrogeno dell'acqua. La rottura e la formazione dei legami, che sarebbero necessari per cambiare la temperatura dell'acqua (la temperatura influenza la velocità di movimento della molecola), richiede una quantità extra di energia (o calore) per completare.
Un calore specifico elevato significa che l'acqua assorbe e trattiene il calore meglio di molte sostanze. Cioè, ci vuole più energia (calore) per cambiare la temperatura dell'acqua. L'alto calore di vaporizzazione significa che ci vuole più energia (calore) per trasformare l'acqua in un gas (vapore) rispetto a molte altre sostanze. Il raffreddamento evaporativo è il risultato delle molecole d'acqua che sfuggono allo stato gassoso (in vapore) portando con sé calore, e quindi fuori dalla pozza d'acqua. Di conseguenza, la pozza d'acqua tenderà a non aumentare molto di temperatura e rimanere costante.
L'acqua è un buon solvente
Poiché l'acqua è polare e quindi si lega facilmente all'idrogeno, altre molecole polari si dissolveranno facilmente in essa. Ricorda che per le molecole polari, c'è una carica negativa su un'estremità della molecola, che è attratta dalla carica positiva sull'altra estremità di altre molecole, come un magnete. Questa attrazione forma legami idrogeno. Le molecole polari sono anche conosciute come molecole idrofile (amante dell'acqua) o idrosolubili. Tuttavia, l'acqua non dissolve bene le molecole non polari o idrofobe (che temono l'acqua). Le molecole idrofobiche includono oli e grassi.
L'acqua si espande quando gela
L'elevato numero di legami idrogeno che esistono all'interno dell'acqua liquida fa sì che le molecole d'acqua siano più lontane di quanto le molecole possano essere in altri liquidi (i legami occupano spazio da soli). Nell'acqua liquida, i legami vengono costantemente formati, rotti e riformati, in modo che l'acqua possa fluire senza una forma specifica. Tuttavia, quando l'acqua si congela, i legami non possono più essere spezzati, perché non c'è energia termica per farlo. Pertanto, le molecole d'acqua formano un reticolo che è più espansivo dell'acqua in forma liquida. Poiché l'acqua congelata contiene lo stesso numero di molecole ma è più espansiva, è meno densa dell'acqua liquida. Il ghiaccio meno denso (acqua solida) galleggerà quindi sull'acqua liquida più densa.
Un film di ghiaccio su un corpo idrico funge da isolante. Di conseguenza, l'acqua liquida sotto il ghiaccio sarà protetta dall'aria esterna e avrà anche meno probabilità di congelarsi. Questo è un altro motivo per cui l'acqua è in grado di mantenere una temperatura costante.
L'acqua ha un pH neutro.
L'acqua [H2O] può dissociarsi in ioni idrogeno [H+] e idrossile [OH-]. Il pH è una misura relativa dell'idrogeno rispetto agli ioni ossidrile. Poiché l'acqua ha un numero approssimativamente uguale di ioni idrogeno e ossidrile, non è né acida né basica, ma ha un pH neutro di 7. E, poiché contiene sia idrogeno che ioni ossidrile, può fornire qualunque cosa possa essere necessaria per regolare il pH di una reazione enzimatica che si verifica in sua presenza. Di conseguenza, è un solvente multiuso, all'interno del quale potrebbero potenzialmente verificarsi milioni di diverse reazioni enzimatiche con diversi requisiti di pH.