La molécula de agua es eléctricamente neutra, pero la disposición asimétrica de los átomos de hidrógeno en el átomo de oxígeno le da una carga positiva neta en un lado y una carga negativa en el otro. Entre las consecuencias importantes para los organismos vivos se encuentran la capacidad del agua de disolver una variedad de sustancias, más que cualquier otro líquido, y su fuerte tensión superficial, que le permite formar gotas y viajar a través de pequeñas raíces, tallos y capilares. El agua es la única sustancia que existe como gas, líquido y sólido a temperaturas que se encuentran en la Tierra, y debido a la polaridad de la molécula de agua, el estado sólido es menos denso que el líquido. Como resultado, el hielo flota, y esto tiene profundas implicaciones para la vida en todo el planeta.
Enlace de Hidrógeno
Una manera fácil de apreciar la naturaleza polar de una molécula de agua es visualizarla como La cabeza de Mickey Mouse. Los átomos de hidrógeno se sientan encima de la molécula de oxígeno de la misma manera que las orejas se sientan en la cabeza de Mickey. Esta disposición tetraédrica distorsionada se produce debido a la forma en que los electrones se comparten entre los átomos. Los átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104.5 grados, dando a cada molécula las características de un dipolo eléctrico o un imán.
El lado positivo (hidrógeno) de cada molécula de agua es atraído por el lado negativo (oxígeno) del entorno moléculas en un proceso llamado enlace de hidrógeno. Cada enlace de hidrógeno dura solo una fracción de segundo, y no es lo suficientemente fuerte como para romper los enlaces covalentes entre los átomos, pero da al agua una naturaleza anómala en comparación con otros líquidos, como el alcohol. Tres anomalías son especialmente importantes para los organismos vivos.
El Solvente de la Vida
Debido a su naturaleza polar, el agua es capaz de disolver tantas sustancias que los científicos a veces llaman un solvente universal. Los organismos absorben muchos nutrientes esenciales, incluidos el carbono, el nitrógeno, el fósforo, el potasio, el calcio, el magnesio y el azufre del agua. Además, cuando el agua disuelve un sólido iónico, como el cloruro de sodio, los iones flotan libremente en la solución y lo convierten en un electrolito. Los electrolitos conducen las señales eléctricas necesarias para transmitir señales neuronales, así como aquellas que regulan otros procesos biofísicos. El agua también es el medio a través del cual los organismos eliminan los productos de desecho del metabolismo.
La fuerza vinculante de la nutrición
La atracción electrostática de las moléculas de agua entre sí crea el fenómeno de la tensión superficial, por el cual La superficie del agua líquida forma una barrera sobre la cual ciertos insectos pueden caminar. La tensión superficial hace que el agua se eleve en gotitas, y cuando una gotita se acerca a otra, se atraen entre sí para formar una sola gota.
Debido a esta atracción, el agua puede quedar atrapada en pequeños capilares como una corriente constante. Esto permite que las plantas extraigan la humedad del suelo a través de sus raíces, y permite que los árboles altos se alimenten sacando savia a través de sus poros. La atracción de las moléculas de agua entre sí también ayuda a mantener los fluidos circulando a través de los cuerpos de los animales.
La anomalía del hielo flotante
Si el hielo no flotara, el mundo sería un lugar diferente y probablemente no podría soportar la vida. Los océanos y lagos podrían congelarse de abajo hacia arriba y podrían convertirse en una masa sólida cada vez que la temperatura bajara. En cambio, los cuerpos de agua forman una capa de hielo durante el invierno; la superficie del agua se congela cuando se expone a las temperaturas del aire más frías por encima de ella, pero el hielo permanece sobre el resto del agua porque el hielo es menos denso que el agua. Esto permite que los peces y otras criaturas marinas sobrevivan en climas fríos y proporcionen alimento para las criaturas terrestres.
Excepto por el agua, todos los demás compuestos se vuelven más densos en estado sólido que en estado líquido. El comportamiento único del agua es un resultado directo de la polaridad de la molécula de agua. A medida que las moléculas se asientan en el estado sólido, los enlaces de hidrógeno los fuerzan a formar una estructura reticular que les proporciona más espacio del que tenían en estado líquido.
