ผลกระทบของขั้วของน้ำต่อสิ่งมีชีวิต

โมเลกุลของน้ำมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่การจัดเรียงอะตอมไฮโดรเจนแบบอสมมาตรบนอะตอมออกซิเจนทำให้มีประจุบวกสุทธิด้านหนึ่งและมีประจุลบอีกด้านหนึ่ง ผลที่ตามมาที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตคือความสามารถของน้ำในการละลายสารต่างๆ มากกว่าสิ่งใด ของเหลวอื่นๆ และแรงตึงผิวที่รุนแรง ซึ่งช่วยให้เกิดหยดและเดินทางผ่านราก ลำต้นเล็กๆ และ tiny เส้นเลือดฝอย น้ำเป็นสสารเดียวที่มีอยู่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็งที่อุณหภูมิที่พบบนโลก และเนื่องจากขั้วของโมเลกุลของน้ำ สถานะของแข็งจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลว สถานะ. เป็นผลให้น้ำแข็งลอยและสิ่งนี้มีความหมายลึกซึ้งต่อชีวิตทุกที่บนโลกใบนี้

วิธีง่ายๆ ในการชื่นชมธรรมชาติขั้วของโมเลกุลน้ำคือการนึกภาพว่าเป็นหัวของมิกกี้เมาส์ อะตอมของไฮโดรเจนนั่งอยู่บนโมเลกุลออกซิเจนในลักษณะเดียวกับที่หูนั่งบนศีรษะของมิกกี้ การจัดเรียงจัตุรมุขที่บิดเบี้ยวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากวิธีการแบ่งอิเล็กตรอนระหว่างอะตอม อะตอมของไฮโดรเจนทำมุม 104.5 องศา ทำให้แต่ละโมเลกุลมีลักษณะเฉพาะของไดโพลไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก

ด้านบวก (ไฮโดรเจน) ของโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลถูกดึงดูดไปยังด้านลบ (ออกซิเจน) ของโมเลกุลโดยรอบในกระบวนการที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนแต่ละพันธะจะมีอายุเพียงเสี้ยววินาที และแทบจะไม่แรงพอที่จะทำลายโควาเลนต์ พันธะระหว่างอะตอม แต่ให้น้ำมีลักษณะผิดปกติเมื่อเทียบกับของเหลวอื่นๆ เช่น แอลกอฮอล์ ความผิดปกติสามประการมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิต

เนื่องจากธรรมชาติมีขั้วของมัน น้ำจึงสามารถละลายสารได้มากมายจนบางครั้งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าเป็นตัวทำละลายสากล สิ่งมีชีวิตดูดซับสารอาหารที่จำเป็นมากมาย รวมทั้งคาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม และกำมะถันจากน้ำ นอกจากนี้ เมื่อน้ำละลายของแข็งไอออนิก เช่น โซเดียมคลอไรด์ ไอออนจะลอยอย่างอิสระในสารละลายและเปลี่ยนเป็นอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์นำสัญญาณไฟฟ้าที่จำเป็นในการส่งสัญญาณประสาทเช่นเดียวกับสัญญาณที่ควบคุมกระบวนการทางชีวฟิสิกส์อื่นๆ น้ำยังเป็นสื่อกลางที่สิ่งมีชีวิตกำจัดของเสียจากการเผาผลาญ

แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตของโมเลกุลของน้ำต่อกันทำให้เกิดปรากฏการณ์ของพื้นผิว ความตึงเครียด โดยที่พื้นผิวของน้ำที่เป็นของเหลวจะสร้างเกราะป้องกันแมลงบางชนิดได้จริง เดิน. แรงตึงผิวทำให้ลูกปัดน้ำกลายเป็นหยด และเมื่อหยดหนึ่งเข้าใกล้กัน พวกมันจะดึงดูดกันจนเกิดเป็นหยดเดียว

ด้วยแรงดึงดูดนี้ น้ำจึงถูกดูดเข้าไปในเส้นเลือดฝอยเล็กๆ ในลักษณะกระแสน้ำที่สม่ำเสมอ วิธีนี้ช่วยให้พืชดึงความชื้นจากดินผ่านราก และช่วยให้ต้นไม้สูงได้รับอาหารโดยการดึงน้ำนมผ่านรูพรุน การดึงดูดโมเลกุลของน้ำซึ่งกันและกันช่วยให้ของเหลวไหลเวียนผ่านร่างกายของสัตว์

ถ้าน้ำแข็งไม่ลอย โลกก็จะเปลี่ยนไปจากเดิมและคงไม่สามารถดำรงชีวิตได้ มหาสมุทรและทะเลสาบสามารถกลายเป็นน้ำแข็งจากด้านล่างขึ้นบน และอาจกลายเป็นมวลของแข็งเมื่อใดก็ตามที่อุณหภูมิเย็นลง แทนที่จะเป็นผิวน้ำกลายเป็นน้ำแข็งในช่วงฤดูหนาว พื้นผิวของน้ำจะแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับอากาศที่เย็นกว่าอุณหภูมิที่อยู่เหนือน้ำ แต่น้ำแข็งจะยังคงอยู่เหนือส่วนอื่นๆ ของน้ำ เนื่องจากน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ซึ่งช่วยให้ปลาและสัตว์ทะเลอื่นๆ สามารถอยู่รอดได้ในสภาพอากาศหนาวเย็นและเป็นอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตบนบก

ยกเว้นน้ำ สารประกอบอื่นๆ ทั้งหมดจะมีความหนาแน่นในสถานะของแข็งมากกว่าที่อยู่ในสถานะของเหลว พฤติกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ของน้ำเป็นผลโดยตรงจากขั้วของโมเลกุลของน้ำ เมื่อโมเลกุลเข้าสู่สถานะของแข็ง พันธะไฮโดรเจนจะบังคับให้พวกมันกลายเป็นโครงสร้างขัดแตะซึ่งให้ช่องว่างระหว่างพวกมันมากกว่าที่พวกมันมีในสถานะของเหลว