Молекула воды электрически нейтральна, но асимметричное расположение атомов водорода на атоме кислорода дает ей чистый положительный заряд с одной стороны и отрицательный - с другой. Среди важных последствий для живых организмов - способность воды растворять самые разные вещества больше, чем какие-либо другие. другая жидкость и ее сильное поверхностное натяжение, которое позволяет ей образовывать капли и проходить через крошечные корни, стебли и капилляры. Вода - единственное вещество, которое существует в газообразном, жидком и твердом виде при температурах на Земле. и из-за полярности молекулы воды твердое состояние менее плотное, чем жидкое. государственный. В результате лед плавает, и это имеет серьезные последствия для жизни повсюду на планете.
Водородная связь
Простой способ оценить полярную природу молекулы воды - представить ее в виде головы Микки Мауса. Атомы водорода находятся на вершине молекулы кислорода примерно так же, как уши на голове Микки. Это искаженное тетраэдрическое расположение возникает из-за того, как электроны распределяются между атомами. Атомы водорода образуют угол 104,5 градуса, придавая каждой молекуле характеристики электрического диполя или магнита.
Положительная (водородная) сторона каждой молекулы воды притягивается к отрицательной (кислородной) стороне окружающих молекул в процессе, называемом водородными связями. Каждая водородная связь длится всего доли секунды и недостаточно прочна, чтобы разорвать ковалентную связь. связи между атомами, но это придает воде аномальный характер по сравнению с другими жидкостями, такими как алкоголь. Для живых организмов особенно важны три аномалии.
Растворитель жизни
Из-за своей полярной природы вода способна растворять столько веществ, что ученые иногда называют ее универсальным растворителем. Организмы поглощают из воды многие важные питательные вещества, включая углерод, азот, фосфор, калий, кальций, магний и серу. Более того, когда вода растворяет твердое ионное вещество, такое как хлорид натрия, ионы свободно плавают в растворе и превращают его в электролит. Электролиты проводят электрические сигналы, необходимые для передачи нервных сигналов, а также сигналов, регулирующих другие биофизические процессы. Вода также является средой, с помощью которой организмы выводят продукты обмена веществ.
Связующая сила питания
Электростатическое притяжение молекул воды друг к другу создает явление поверхностного натяжение, в результате чего поверхность жидкой воды образует барьер, на котором некоторые насекомые могут ходить. Поверхностное натяжение заставляет воду превращаться в капли, и когда одна капля приближается к другой, они притягиваются друг к другу, образуя единую каплю.
Из-за этого притяжения вода может втягиваться в мелкие капилляры непрерывным потоком. Это позволяет растениям извлекать влагу из почвы через свои корни, а высокие деревья получают питание, протягивая сок через поры. Притяжение молекул воды друг к другу также помогает поддерживать циркуляцию жидкостей в телах животных.
Аномалия плавающего льда
Если бы лед не плавал, мир был бы другим местом и, вероятно, не смог бы поддерживать жизнь. Океаны и озера могли замерзать снизу вверх и превращаться в твердую массу, когда становилось холодно. Вместо этого водоемы зимой образуют ледяной покров; поверхность воды замерзает при воздействии более холодного воздуха над ней, но лед остается поверх остальной воды, потому что лед менее плотен, чем вода. Это позволяет рыбе и другим морским существам выживать в холодную погоду и обеспечивать пищу наземным существам.
За исключением воды, все остальные соединения в твердом состоянии становятся плотнее, чем в жидком состоянии. Уникальное поведение воды является прямым результатом полярности молекулы воды. Когда молекулы переходят в твердое состояние, водородная связь заставляет их образовывать решетчатую структуру, которая обеспечивает большее пространство между ними, чем в жидком состоянии.