A molécula de água é eletricamente neutra, mas o arranjo assimétrico dos átomos de hidrogênio no átomo de oxigênio fornece uma carga líquida positiva de um lado e uma carga negativa do outro. Entre as consequências importantes para os organismos vivos está a capacidade da água de dissolver uma variedade de substâncias, mais do que qualquer outro líquido, e sua forte tensão superficial, que lhe permite formar gotas e viajar através de pequenas raízes, caules e capilares. A água é a única substância que existe como gás, líquido e sólido nas temperaturas encontradas na Terra, e por causa da polaridade da molécula de água, o estado sólido é menos denso que o líquido Estado. Como resultado, o gelo flutua e isso tem profundas implicações para a vida em todo o planeta.
Ligação de hidrogênio
Uma maneira fácil de apreciar a natureza polar de uma molécula de água é visualizá-la como a cabeça do Mickey Mouse. Os átomos de hidrogênio ficam no topo da molécula de oxigênio da mesma forma que as orelhas ficam na cabeça de Mickey. Esse arranjo tetraédrico distorcido ocorre devido à maneira como os elétrons são compartilhados entre os átomos. Os átomos de hidrogênio formam um ângulo de 104,5 graus, dando a cada molécula as características de um dipolo elétrico ou ímã.
O lado positivo (hidrogênio) de cada molécula de água é atraído pelo lado negativo (oxigênio) das moléculas vizinhas em um processo chamado ligação de hidrogênio. Cada ligação de hidrogênio dura apenas uma fração de segundo e não é forte o suficiente para quebrar o ligações entre os átomos, mas dá à água uma natureza anômala quando comparada a outros líquidos, como álcool. Três anomalias são especialmente importantes para os organismos vivos.
O solvente da vida
Devido à sua natureza polar, a água é capaz de dissolver tantas substâncias que os cientistas às vezes a chamam de solvente universal. Os organismos absorvem muitos nutrientes essenciais, incluindo carbono, nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre da água. Além disso, quando a água dissolve um sólido iônico, como o cloreto de sódio, os íons flutuam livremente na solução e o transformam em um eletrólito. Eletrólitos conduzem os sinais elétricos necessários para transmitir sinais neurais, bem como aqueles que regulam outros processos biofísicos. A água também é o meio pelo qual os organismos eliminam os produtos residuais do metabolismo.
A força vinculante da nutrição
A atração eletrostática das moléculas de água umas pelas outras cria o fenômeno da superfície tensão, pela qual a superfície da água líquida forma uma barreira sobre a qual certos insetos podem realmente caminhar. A tensão superficial faz a água formar gotas e, quando uma gota se aproxima da outra, elas se atraem para formar uma única gota.
Por causa dessa atração, a água pode ser atraída para pequenos capilares como um fluxo constante. Isso permite que as plantas retirem umidade do solo por meio de suas raízes e permite que as árvores altas se nutram sugando a seiva por seus poros. A atração das moléculas de água umas pelas outras também ajuda a manter os fluidos circulando pelos corpos dos animais.
A anomalia do gelo flutuante
Se o gelo não flutuasse, o mundo seria um lugar diferente e provavelmente não seria capaz de sustentar vida. Oceanos e lagos podiam congelar de baixo para cima e se transformar em uma massa sólida sempre que a temperatura baixasse. Em vez disso, os corpos d'água formam uma camada de gelo durante o inverno; a superfície da água congela quando exposta às temperaturas mais frias do ar acima dela, mas o gelo permanece sobre o resto da água porque o gelo é menos denso que a água. Isso permite que peixes e outras criaturas marinhas sobrevivam em climas frios e forneçam alimento para as criaturas terrestres.
Com exceção da água, todos os outros compostos se tornam mais densos no estado sólido do que no estado líquido. O comportamento único da água é resultado direto da polaridade da molécula de água. À medida que as moléculas se acomodam no estado sólido, a ligação de hidrogênio as força a uma estrutura de rede que fornece mais espaço entre elas do que no estado líquido.