Gdybyś był w stanie zobaczyć cząsteczkę wody (H2O) z bliska wyglądałaby trochę jak okrągła głowa z dwojgiem uszu ustawionych w pozycji godziny dziesiątej i drugiej. Pomyśl o Myszce Miki. „Uszy” to dwa jony wodoru, a „głowa” to jon tlenu. Ponieważ jony wodoru niosą ładunek dodatni, a jon tlenu ujemny, ten układ nadaje cząsteczce biegunowość sieciową, podobnie jak magnes. Ta cecha cząsteczki wody nadaje wodzie cztery właściwości, które czynią ją niezbędną do życia. Ma kohezję i stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia, jest mniej gęsty w stanie stałym niż w stanie ciekłym i jest wyjątkowo dobrym rozpuszczalnikiem.
Atrakcja magnetyczna
Struktura cząsteczki wody to zniekształcony czworościan. Jony wodorowe tworzą z cząsteczką tlenu kąt 104,5 stopnia. W rezultacie cząsteczka jest elektrycznie obojętna, ale ma bieguny, podobnie jak magnesy. Negatywna strona jednej cząsteczki przyciągana jest do pozytywnej strony otaczających ją cząsteczek. To przyciąganie jest znane jako wiązanie wodorowe i chociaż nie jest wystarczająco silne, aby zerwać utrzymanie wiązań kowalencyjnych cząsteczki razem, jest wystarczająco silny, aby wywołać anomalne zachowanie, które odróżnia wodę od innych płyny.
Cztery anomalne właściwości
Kucharze polegają na polarnym charakterze wody za każdym razem, gdy używają kuchenki mikrofalowej. Ponieważ cząsteczki są jak magnesy, reagują na promieniowanie o wysokiej częstotliwości wibracjami, a energia tych wibracji wytwarza ciepło potrzebne do gotowania żywności. To jeden z przykładów znaczenia polaryzacji H2O, ale są ważniejsze.
Spójność: Ze względu na przyciąganie magnetyczne, cząsteczki wody wywierają na siebie nawzajem, woda w stanie ciekłym ma tendencję do „sklejania się”. Widać to, gdy dwa perełki wody zbliżają się do siebie na płaskiej, gładkiej powierzchni. Kiedy podejdą wystarczająco blisko, magicznie łączą się w pojedynczą kroplę. Ta właściwość, zwana kohezją, zapewnia napięcie powierzchniowe wody, które owady o dużych stopach wykorzystują, aby móc chodzić po powierzchni. Pozwala korzeniom zasysać wodę ciągłym strumieniem i zapewnia, że woda przepływająca przez maleńkie naczynia włosowate, takie jak żyły, nie rozdziela się.
Wysoka temperatura wrzenia: Temperatura wrzenia wody nie jest wysoka w porównaniu z niektórymi płynami, takimi jak gliceryna czy oliwa z oliwek, ale powinna być niższa niż jest. Związki utworzone z pierwiastków z tej samej grupy co tlen w układzie okresowym, takie jak wodór selen (H2Se) i siarkowodór (H2S), mają temperaturę wrzenia od 40 do 60 stopni Celsjusza poniżej zera. Wysoka temperatura wrzenia wody jest całkowicie spowodowana dodatkową energią potrzebną do zerwania wiązań wodorowych. Bez magnetycznego przyciągania, jakie wywierają na siebie cząsteczki wody, woda wyparowałaby w temperaturze około -60°C, a na Ziemi nie byłoby wody w stanie ciekłym ani życia.
Lód jest mniej gęsty niż woda: Dodatkowa spójność zapewniona przez wiązanie wodorowe ściska wodę w stanie ciekłym. Gdy woda zamarza, przyciąganie/odpychanie elektrostatyczne tworzy strukturę sieciową, która jest bardziej przestronna. Woda jest jedynym związkiem o mniejszej gęstości w stanie stałym, a ta anomalia oznacza, że lód unosi się. Jeśli tak się nie stanie, każdy ekosystem morski zginie, gdy tylko pogoda będzie na tyle zimna, że woda zamarznie.
Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem: Ze względu na silne wiązania wodorowe woda rozpuszcza więcej substancji niż jakakolwiek inna ciecz. Jest to ważne dla żywych istot, które czerpią pożywienie ze składników odżywczych rozpuszczonych w wodzie. Większość żywych istot polega również na elektrolitach, które są roztworami wodnymi zawierającymi jonowe substancje rozpuszczone do przesyłania sygnałów bioelektrycznych.