المحتوى
يكون جزيء الماء محايدًا كهربائيًا ، لكن الترتيب غير المتماثل لذرات الهيدروجين على ذرة الأكسجين يمنحه شحنة موجبة صافية من جانب وشحنة سالبة من ناحية أخرى. من بين العواقب المهمة على الكائنات الحية قدرة الماء على إذابة مجموعة متنوعة من المواد ، أكثر من أي سائل آخر ، وتوتره السطحي القوي ، والذي يسمح له بتكوين قطرات والسفر عبر جذور صغيرة وسيقان وشعيرات دموية. الماء هو المادة الوحيدة الموجودة كغاز ، سائل وصلب في درجات الحرارة الموجودة على الأرض ، وبسبب قطبية جزيء الماء ، تكون الحالة الصلبة أقل كثافة من الحالة السائلة. نتيجة لذلك ، يطفو الجليد ، وهذا له آثار عميقة على الحياة في كل مكان على هذا الكوكب.
الرابطة الهيدروجينية
تتمثل الطريقة السهلة لتقدير الطبيعة القطبية لجزيء الماء في تصورها عند رأس ميكي ماوسيس. تقع ذرات الهيدروجين فوق جزيء الأكسجين بالطريقة نفسها التي تجلس بها الأذنان على رأس ميكي. يأتي هذا الترتيب المشوه رباعي السطوح بسبب طريقة مشاركة الإلكترونات بين الذرات. تشكل ذرات الهيدروجين زاوية 104.5 درجة ، مما يعطي كل جزيء خصائص ثنائي القطب الكهربائي أو المغناطيس.
ينجذب الجانب (الهيدروجين) الإيجابي لكل جزيء ماء إلى الجانب السلبي (الأكسجين) للجزيئات المحيطة في عملية تسمى الترابط الهيدروجيني. كل رابطة هيدروجينية تدوم فقط لجزء من الثانية ، وليست قوية تقريبًا بما يكفي لكسر الروابط التساهمية بين الذرات ، ولكنها تعطي الماء طبيعة غير طبيعية عند مقارنتها بالسوائل الأخرى ، مثل الكحول. ثلاث حالات شاذة مهمة بشكل خاص للكائنات الحية.
مذيب الحياة
بسبب طبيعته القطبية ، فإن الماء قادر على إذابة الكثير من المواد التي يسميها العلماء أحيانًا بأنها مذيب عالمي. تمتص الكائنات الحية الكثير من العناصر الغذائية الأساسية ، بما في ذلك الكربون والنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والكبريت من الماء. علاوة على ذلك ، عندما يذوب الماء مادة صلبة أيونية ، مثل كلوريد الصوديوم ، تطفو الأيونات بحرية في المحلول وتحولها إلى إلكتروليت. تقوم الإلكتروليتات بالإشارات الكهربائية اللازمة لنقل الإشارات العصبية وكذلك الإشارات التي تنظم العمليات البيوفيزيائية الأخرى. الماء هو أيضا الوسيلة التي من خلالها الكائنات الحية القضاء على النفايات من الأيض.
القوة الملزمة للتغذية
يؤدي الانجذاب الكهربائي لجزيئات الماء لبعضها البعض إلى ظهور ظاهرة التوتر السطحي ، حيث يشكل سطح الماء السائل حاجزًا يمكن أن تمشي عليه بعض الحشرات بالفعل. يجعل التوتر السطحي المياه متقطعة إلى قطرات ، وعندما تقترب إحدى القطرات من الأخرى ، فإنها تجذب بعضها البعض لتكوين قطرة واحدة.
بسبب هذا الجذب ، يمكن سحب المياه إلى الشعيرات الدموية الصغيرة كتيار مستمر. هذا يسمح للنباتات بسحب الرطوبة من التربة من خلال جذورها ، كما أنه يتيح للأشجار الطويلة الحصول على التغذية من خلال سحب النسغ عبر مسامها. جاذبية جزيئات الماء لبعضها البعض يساعد أيضا في الحفاظ على السوائل المنتشرة من خلال الهيئات الحيوانية.
شذوذ الجليد العائم
إذا لم يطفو الجليد ، سيكون العالم مكانًا مختلفًا وربما لن يتمكن من دعم الحياة. يمكن أن تتجمد المحيطات والبحيرات من أسفل إلى أعلى ويمكن أن تتحول إلى كتلة صلبة كلما تحولت درجة الحرارة الباردة. بدلاً من ذلك ، تشكل المسطحات المائية جلدًا من الجليد خلال فصل الشتاء ؛ يتجمد سطح الماء عند تعرضه لدرجات حرارة الهواء البارد فوقه ، ولكن يبقى الجليد أعلى باقي الماء لأن الجليد أقل كثافة من الماء. هذا يسمح للأسماك والكائنات البحرية الأخرى بالبقاء على قيد الحياة في الطقس البارد وتوفير الغذاء للمخلوقات السكنية.
باستثناء الماء ، يصبح كل مركب آخر أكثر كثافة في الحالة الصلبة مما هو عليه في الحالة السائلة. يعتبر السلوك الفريد للمياه نتيجة مباشرة لاستقطاب جزيء الماء. عندما تستقر الجزيئات في الحالة الصلبة ، فإن ارتباط الهيدروجين يجبرها على تركيبة شعرية توفر مساحة أكبر بينها أكثر من تلك الموجودة في الحالة السائلة.