Vattenmolekylen är elektriskt neutral, men det asymmetriska arrangemanget av väteatomerna på syreatomen ger en positiv nettladdning på ena sidan och en negativ laddning på den andra. Bland de viktiga konsekvenserna för levande organismer är vattnets förmåga att lösa upp en mängd olika ämnen, mer än någon annan vätska, och dess starka ytspänning, vilket gör det möjligt att bilda droppar och att resa genom små rötter, stjälkar och kapillärer. Vatten är det enda ämnet som finns som en gas, flytande och fast vid temperaturer som finns på jorden, och på grund av vattenmolekylens polaritet är det fasta tillståndet mindre tätt än vätsketillståndet. Som ett resultat är isflådor, och detta har djupa konsekvenser för livet överallt på planeten.

Vätgasbindning

Ett enkelt sätt att uppskatta den polära naturen hos en vattenmolekyl är att visualisera det som Mickey Mouse's head. Väteatomer sitter på toppen av syremolekylen på ungefär samma sätt som öronen sitter på Mickeys huvud. Detta förvrängda tetraedriska arrangemang beror på det sätt på vilket 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 omgivningen molekyler i en process som kallas vätebindning. Varje vätebindning varar bara en bråkdel av en sekund och är inte tillräckligt stark för att bryta de kovalenta bindningarna mellan atomerna, men det ger vatten en anomalös natur jämfört med andra vätskor, såsom alkohol. Tre avvikelser är särskilt viktiga för levande organismer.

Livets lösningsmedel

På grund av sin polära natur kan vatten lösa upp så många ämnen som forskare ibland kallar det ett universellt lösningsmedel. Organism absorberar många viktiga näringsämnen, inklusive kol, kväve, fosfor, kalium, kalcium, magnesium och svavel från vatten. Vidare, när vatten löser upp en jonisk fast substans, såsom natriumklorid, flyter joner fritt i lösningen och omvandlar den till en elektrolyt. Elektrolyter utför de elektriska signaler som behövs för att överföra neurala signaler såväl som de som reglerar andra biofysiska processer. Vatten är också det medium genom vilka organismer eliminerar avfallsprodukterna från ämnesomsättningen.

Bindningskraften av näring

Den elektrostatiska attraktionen av vattenmolekyler för varandra skapar fenomenet ytspänning, varigenom ytan av flytande vatten bildar en barriär på vilken vissa insekter faktiskt kan gå. Ytspänning gör vattnets pärla upp 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 vattnet dras in i små kapillärer som en jämn ström. Detta gör det möjligt för växter att dra fukt från jorden genom sina rötter, och det gör att höga träd kan få näring genom att dra sap genom sina porer. Vattenmolekylernas attraktion för varandra bidrar också till att hålla vätskor cirkulerande genom djurkroppar.

Flytande iss anomali

Om isen inte flyter skulle världen vara en annorlunda plats och förmodligen skulle inte kunna stödja livet. Hav och sjöar kan frysa från botten upp och kan bli en solid massa när temperaturen blir kall. Istället bildar vattenkroppar en is av vin under vintern. Vattnets yta fryser när den utsätts för de kallare lufttemperaturerna ovanför den, men isen stannar på resten av vattnet, eftersom isen är mindre tät än vatten. Detta gör att fisk och andra marina varelser kan överleva i kallt väder och ge mat till jordboende varelser.

Förutom vatten blir alla andra ämnen tätare i fast tillstånd än i flytande tillstånd. Vattens unika beteende är ett direkt resultat av vattenmolekylens polaritet. När molekylerna löser sig i det fasta tillståndet tvingar vätebindningen dem till en gitterstruktur som ger mer utrymme mellan dem än de hade i flytande tillstånd.