Если бы вы смогли увидеть молекулу воды (H2O) вблизи это будет похоже на круглую голову с двумя ушами, расположенными в положениях 10 и 2 часа. Подумайте о Микки Маусе. «Уши» - это два иона водорода, а «голова» - это ион кислорода. Поскольку ионы водорода несут положительный заряд, а ион кислорода - отрицательный, такое расположение придает молекуле чистую полярность, очень похожую на магнит. Эта особенность молекулы воды придает воде четыре свойства, которые делают ее незаменимой для жизни. Он имеет когезию и сравнительно высокую температуру кипения, он менее плотен в твердом состоянии, чем в жидком, и является исключительно хорошим растворителем.
Магнитное притяжение
Структура молекулы воды - искаженный тетраэдр. Ионы водорода образуют угол 104,5 градуса с молекулой кислорода. В результате, хотя молекула электрически нейтральна, у нее есть полюса, как и у магнитов. Отрицательная сторона одной молекулы притягивается к положительной стороне окружающих. Это притяжение известно как водородная связь, и хотя оно недостаточно сильное, чтобы разорвать ковалентные связи, сохраняя молекулы вместе, она достаточно сильна, чтобы вызывать аномальное поведение, которое отличает воду от других жидкости.
Четыре аномальных свойства
Повара полагаются на полярную природу воды всякий раз, когда они используют микроволновую печь. Поскольку молекулы подобны магнитам, они реагируют на высокочастотное излучение вибрацией, и энергия этих колебаний - это то, что производит тепло для приготовления пищи. Это один из примеров важности полярности H2О, но есть более важные.
Сплоченность: Из-за магнитного притяжения молекул воды друг к другу жидкая вода имеет тенденцию «слипаться». Вы можете увидеть это, когда две водяные бусинки приближаются друг к другу на плоской гладкой поверхности. Подойдя достаточно близко, они волшебным образом сливаются в одну каплю. Это свойство, называемое сплоченностью, дает поверхностное натяжение воды, которое насекомые с большими ногами используют, чтобы ходить по поверхности. Он позволяет корням всасывать воду непрерывным потоком и гарантирует, что вода, текущая через крошечные капилляры, такие как вены, не отделяется.
Высокая точка кипения: Температура кипения воды невысока по сравнению с некоторыми жидкостями, такими как глицерин или оливковое масло, но она должна быть ниже, чем есть на самом деле. Соединения, образованные из элементов той же группы, что и кислород в периодической таблице, такие как водород селен (H2Se) и сероводород (H2S), имеют температуру кипения от 40 до 60 градусов Цельсия ниже нуля. Высокая температура кипения воды полностью объясняется дополнительной энергией, необходимой для разрыва водородных связей. Без магнитного притяжения, которое молекулы воды оказывают друг на друга, вода испарялась бы при температуре около -60 ° C, и на Земле не было бы жидкой воды и жизни.
Лед менее плотный, чем вода: Дополнительная когезия, обеспечиваемая водородными связями, сжимает воду в жидком состоянии. Когда вода замерзает, электростатическое притяжение / отталкивание создает более просторную решетчатую структуру. Вода - единственное соединение, которое менее плотно в твердом состоянии, и эта аномалия означает, что лед плавает. Если этого не произойдет, каждая морская экосистема погибнет, когда погода станет достаточно холодной, чтобы вода замерзла.
Вода - универсальный растворитель. Из-за сильной водородной связи вода растворяет больше веществ, чем любая другая жидкость. Это важно для живых существ, которые питаются питательными веществами, растворенными в воде. Большинство живых существ также полагаются на электролиты, которые представляют собой водные растворы, содержащие ионные растворенные вещества, для передачи биоэлектрических сигналов.