Молекула води електрично нейтральна, але асиметричне розташування атомів водню на атомі кисню дає їй чистий позитивний заряд з одного боку і негативний заряд з іншого. Серед важливих наслідків для живих організмів - здатність води розчиняти різноманітні речовини, більші за будь-які іншої рідини та її сильний поверхневий натяг, що дозволяє їй утворювати краплі та подорожувати крізь крихітні коріння, стебла та капіляри. Вода - це єдина речовина, яка існує у вигляді газу, рідини та твердої речовини при температурах, що знаходяться на Землі, а через полярність молекули води твердий стан менш щільний, ніж рідина держава. Як результат, лід пливе, і це має глибокі наслідки для життя скрізь на планеті.
Водневий зв'язок
Простий спосіб оцінити полярну природу молекули води - це візуалізувати її як голову Міккі Мауса. Атоми водню розташовані над молекулою кисню приблизно так само, як вуха сидять на голові Міккі. Це спотворене тетраедричне розташування виникає через спосіб розподілу електронів між атомами. Атоми водню утворюють кут 104,5 градуса, надаючи кожній молекулі характеристики електричного диполя або магніту.
Позитивна (водень) сторона кожної молекули води притягується до негативної (кисню) сторони навколишніх молекул у процесі, який називається водневим зв’язком. Кожен водневий зв’язок триває лише частку секунди і недостатньо сильний, щоб розбити ковалент зв'язків між атомами, але це надає воді аномальний характер у порівнянні з іншими рідинами, такими як алкоголь. Три аномалії особливо важливі для живих організмів.
Розчинник життя
Через свою полярну природу вода здатна розчинити стільки речовин, що вчені іноді називають її універсальним розчинником. Організми поглинають з води багато важливих поживних речовин, включаючи вуглець, азот, фосфор, калій, кальцій, магній і сірку. Більше того, коли вода розчиняє іонну тверду речовину, таку як хлорид натрію, іони вільно плавають у розчині і перетворюють його в електроліт. Електроліти проводять електричні сигнали, необхідні для передачі нейронних сигналів, а також ті, що регулюють інші біофізичні процеси. Вода також є середовищем, за допомогою якого організми усувають відходи метаболізму.
Зв'язуюча сила харчування
Електростатичне притягання молекул води одна до одної створює явище поверхні напруга, внаслідок чого поверхня рідкої води утворює бар'єр, на якому певні комахи можуть насправді ходити. Поверхневий натяг призводить до того, що вода наливається на краплі, і коли одна крапля наближається до іншої, вони притягують одна одну, утворюючи єдину краплю.
Через цю привабливість вода може потрапляти в невеликі капіляри як постійний потік. Це дозволяє рослинам витягувати вологу з ґрунту через коріння, а високі дерева забезпечують живлення, витягуючи сік через пори. Притягання молекул води одна до одної також допомагає підтримувати рідини, що циркулюють через тіла тварин.
Аномалія плаваючого льоду
Якби лід не плив, світ став би іншим місцем і, мабуть, не зміг би підтримати життя. Океани та озера можуть замерзати знизу вгору і перетворюватися на тверду масу, коли температура стає холодною. Натомість водойми узимку утворюють крижану шкіру; поверхня води замерзає під впливом холодніших температур повітря над нею, але лід залишається поверх решти води, оскільки лід менш щільний, ніж вода. Це дозволяє рибам та іншим морським істотам виживати в холодну погоду та забезпечувати їжею істот, що мешкають на суші.
За винятком води, кожна інша сполука стає щільнішою у твердому стані, ніж у рідкому. Унікальна поведінка води є прямим результатом полярності молекули води. Коли молекули осідають у твердому стані, водневий зв’язок змушує їх перетворюватися на решітчасту структуру, яка забезпечує більше простору між ними, ніж у рідкому стані.