Av Chris Deziel Uppdaterad 24 mars 2022
thomasmales/iStock/GettyImages
Vattenmolekylen är elektriskt neutral, men det asymmetriska arrangemanget av väteatomerna på syreatomen ger den en positiv nettoladdning 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, som gör att det kan bilda droppar och färdas genom små rötter, stjälkar och kapillärer. Vatten är det enda ämne som finns som gas, vätska och fast vid temperaturer som finns på jorden, och på grund av vattenmolekylens polaritet är det fasta tillståndet mindre tätt än det flytande tillståndet. Som ett resultat flyter is, och detta har djupgående konsekvenser för livet överallt på planeten.
Ett enkelt sätt att uppskatta den polära naturen hos en vattenmolekyl är att visualisera den som Musse Piggs huvud. Väteatomerna sitter ovanpå syremolekylen på ungefär samma sätt som öronen sitter på Mickeys huvud. Detta förvrängda tetraedriska arrangemang kommer till på grund av hur elektroner delas mellan atomerna. Väteatomerna bildar en 104,5-graders vinkel, vilket ger varje molekyl egenskaperna hos en elektrisk dipol eller en magnet.
Den positiva (väte) sidan av varje vattenmolekyl attraheras 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 tillnärmelsevis stark nog att bryta de kovalenta bindningarna mellan atomerna, men det ger vatten en avvikande natur jämfört med andra vätskor, som alkohol. Tre anomalier är särskilt viktiga för levande organismer.
På grund av sin 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 ett joniskt fast ämne, såsom natriumklorid, flyter jonerna fritt i lösning och förvandlar det till en elektrolyt. Elektrolyter leder de elektriska signaler som behövs för att överföra neurala signaler såväl som de som reglerar andra biofysiska processer. Vatten är också det medium genom vilket organismer eliminerar avfallsprodukterna från ämnesomsättningen.
Den elektrostatiska attraktionen av vattenmolekyler för varandra skapar fenomenet ytspänning, varvid ytan av flytande vatten bildar en barriär som vissa insekter faktiskt kan gå på. Ytspänning gör att vatten pärlar ihop sig till droppar, och när en droppe närmar sig en annan, attraherar de varandra och bildar 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 att höga träd kan få näring genom att dra sav genom sina porer. Attraktionen av vattenmolekyler för varandra hjälper också till att hålla vätskor cirkulerande genom djurkroppar.
Om isen inte flöt skulle världen vara en annan plats och förmodligen inte kunna försörja livet. Hav och sjöar kunde frysa nerifrån och upp och förvandlas till en fast massa när temperaturen blev kall. Istället bildar vattenmassor en hud av is under vintern; vattenytan fryser när den utsätts för de kallare lufttemperaturerna ovanför den, men isen stannar ovanpå resten av vattnet eftersom is är mindre tät än vatten. Detta gör att fiskar och andra marina varelser kan överleva i kallt väder och ge mat åt landlevande varelser.
Förutom vatten blir varannan förening 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 de hade i flytande tillstånd.
