Vattenmolekylen är elektriskt neutral, men det asymmetriska arrangemanget av väteatomerna på syreatomen ger den en nettoladdning på ena sidan och en negativ laddning på den andra. Bland de viktiga konsekvenserna för levande organismer är vattenets förmåga att lösa upp en mängd olika ämnen, mer än någon annan annan vätska, och dess starka ytspänning, som gör att den kan bilda droppar och att röra sig genom små rötter, stjälkar och kapillärer. Vatten är det enda ämnet som finns som gas, flytande och fast vid temperaturer som finns på jorden, och på grund av vattenmolekylens polaritet är fast tillstånd mindre tätt än vätskan stat. Som ett resultat flyter is, och detta har djupgående konsekvenser för livet överallt på planeten.
Vätebindning
Ett enkelt sätt att uppskatta den polära naturen hos en vattenmolekyl är att visualisera den som Mickey Muss huvud. Väteatomerna sitter ovanpå syremolekylen på ungefär samma sätt som öronen sitter på Mickeys huvud. Detta förvrängda tetraedriska arrangemang uppstår på grund av hur elektroner delas mellan atomerna. Väteatomerna bildar en vinkel på 104,5 grader, vilket ger varje molekyl egenskaperna hos en elektrisk dipol eller en magnet.
Den positiva (väte) sidan av varje vattenmolekyl lockas till den negativa (syre) sidan av omgivande molekyler i en process som kallas vätebindning. Varje vätebindning varar bara i en bråkdel av en sekund och är inte tillräckligt stark för att bryta kovalenten bindningar mellan atomerna, men det ger vatten en avvikande natur jämfört med andra vätskor, såsom alkohol. Tre avvikelser är särskilt viktiga för levande organismer.
Livets lösningsmedel
På grund av dess polära natur kan vatten lösa upp så många ämnen att forskare ibland kallar det ett universellt lösningsmedel. Organismer absorberar många viktiga näringsämnen, inklusive kol, kväve, fosfor, kalium, kalcium, magnesium och svavel från vatten. Dessutom, när vatten löser upp ett joniskt fast ämne, såsom natriumklorid, flyter jonerna fritt i lösning och förvandlar det till en elektrolyt. Elektrolyter leder de elektriska signalerna som behövs för att överföra nervsignaler såväl som de som reglerar andra biofysiska processer. Vatten är också det medium genom vilket organismer eliminerar avfallsprodukterna från ämnesomsättningen.
Näringens bindande kraft
Den elektrostatiska attraktionen av vattenmolekyler för varandra skapar fenomenet yta spänning, varvid ytan av flytande vatten bildar en barriär på vilken vissa insekter faktiskt kan gå. Ytspänningen gör att vattnet pärlor i droppar, och när en droppe närmar sig en annan lockar de varandra för att bilda en enda droppe.
På grund av denna attraktion kan vatten dras in i små kapillärer som en stadig ström. Detta gör att växter kan dra fukt från jorden genom sina rötter, och det gör det möjligt för höga träd att få näring genom att dra saft genom sina porer. Attraktionen av vattenmolekyler för varandra hjälper också till att hålla vätskor cirkulerande genom djurkroppar.
Anomalin i flytande is
Om is inte svävade skulle världen vara en annan plats och förmodligen inte kunna stödja livet. Hav och sjöar kan frysa nerifrån och upp och kan förvandlas till en fast massa när temperaturen blir kall. Istället bildar vattendrag en isskinn under vintern; vattenytan fryser när den utsätts för de kallare lufttemperaturerna ovanför den, men isen stannar ovanpå resten av vattnet eftersom isen är mindre tät än vatten. Detta gör det möjligt för fiskar och andra marina varelser att överleva i kallt väder och tillhandahålla mat för marklevande varelser.
Förutom vatten blir alla andra föreningar tätare i fast tillstånd än i flytande tillstånd. Vattens unika beteende är ett direkt resultat av vattenmolekylens polaritet. När molekylerna sätter sig i fast tillstånd tvingar vätebindning dem till en gitterstruktur som ger mer utrymme mellan dem än vad de hade i flytande tillstånd.