Вода, по-видимому, является самым важным элементом окружающей среды, позволяющим существовать и поддерживать жизнь. Есть организмы, которые существуют без солнечного света и кислорода, но пока не найдено ни одного, существующего полностью независимо от воды. Даже выносливым кактусам в дальних уголках пустыни для выживания требуется некоторое количество воды. Секрет полезности воды для жизни заключается в ее способности связывать водород, которая придает пять свойств, важных для создания среды, в которой может существовать и процветать жизнь.
Вода - связная и липкая.
Молекулы воды полярны. То есть один конец молекулы более электроотрицателен (отрицательный заряд), чем другой конец (положительный заряд). Следовательно, противоположные концы разных молекул воды притягиваются друг к другу, как противоположные концы магнитов. Силы притяжения между молекулами воды известны как «водородные связи». Водородная связь склонность воды делает ее «липкой», поскольку молекулы воды имеют тенденцию слипаться (как в лужа). Это называется сплоченностью. Благодаря этому свойству вода имеет высокое поверхностное натяжение. Это означает, что требуется немного дополнительной силы, чтобы сломать поверхность лужи с водой. Вода также является адгезивной, что означает, что она имеет тенденцию прилипать к другим молекулам, помимо воды. В частности, он будет прилипать к водорастворимым (гидрофильным) веществам, таким как крахмалы или целлюлоза. Он не прилипает к гидрофобным веществам, таким как масло.
Вода поддерживает относительно постоянную температуру.
Вода имеет высокую удельную теплоемкость, высокую теплоту испарения и свойство испарительного охлаждения, что в совокупности заставляет ее стремиться поддерживать постоянную температуру. Температура воды, конечно, может меняться, просто они меняются медленнее, чем температуры других веществ. Каждое из этих свойств обусловлено способностью воды связывать водород. Разрыв и образование связей, которые потребуются для изменения температуры воды. (температура влияет на скорость движения молекул), требует дополнительного количества энергии (или тепла) для полный.
Высокая удельная теплоемкость означает, что вода поглощает и сохраняет тепло лучше, чем многие вещества. То есть для изменения температуры воды требуется больше энергии (тепла). Высокая теплота испарения означает, что для превращения воды в газ (пар) требуется больше энергии (тепла), чем для многих других веществ. Испарительное охлаждение является результатом того, что молекулы воды переходят в газообразное состояние (в пар), унося с собой тепло и, следовательно, из водяной лужи. В результате лужа с водой не будет сильно увеличиваться в температуре и останется постоянной.
Вода - хороший растворитель
Поскольку вода полярна и легко образует водородные связи, другие полярные молекулы легко растворяются в ней. Помните, что для полярных молекул на одном конце молекулы есть отрицательный заряд, который притягивается к положительному заряду на другом конце других молекул, как магнит. Это притяжение образует водородные связи. Полярные молекулы также известны как гидрофильные (водолюбивые) или водорастворимые молекулы. Однако вода плохо растворяет неполярные или гидрофобные (водобоязненные) молекулы. Гидрофобные молекулы включают масла и жиры.
Вода расширяется при замерзании
Большое количество водородных связей, существующих в жидкой воде, приводит к тому, что молекулы воды находятся дальше друг от друга, чем молекулы в других жидкостях (связи сами занимают место). В жидкой воде связи постоянно образуются, разрываются и преобразовываются, так что вода может течь без определенной формы. Однако, когда вода замерзает, связи больше не могут быть разорваны, потому что для этого не требуется тепловой энергии. Следовательно, молекулы воды образуют решетку, которая шире, чем вода в жидкой форме. Поскольку замороженная вода содержит такое же количество молекул, но более обширна, она менее плотная, чем жидкая вода. Поэтому менее плотный лед (твердая вода) будет плавать над более плотной жидкой водой.
Пленка льда над водоемом действует как изолятор. В результате жидкая вода подо льдом будет защищена от внешнего воздуха и с меньшей вероятностью замерзнет. Это еще одна причина того, что вода может поддерживать постоянную температуру.
Вода имеет нейтральный pH.
Вода [H2O] может диссоциировать на ионы водорода [H +] и гидроксил [OH-]. pH является относительной мерой водорода по отношению к гидроксильным ионам. Поскольку вода содержит примерно равное количество ионов водорода и гидроксила, она не является ни кислой, ни щелочной, но имеет нейтральный pH 7. И поскольку он содержит ионы водорода и гидроксила, он может обеспечить то, что может потребоваться для регулирования pH ферментативной реакции, которая происходит в его присутствии. В результате это многоцелевой растворитель, в котором потенциально могут происходить миллионы различных ферментативных реакций с различными требованиями к pH.