Por Chris Deziel Actualizado el 24 de marzo de 2022
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La molécula de agua es eléctricamente neutra, pero la disposición asimétrica de los átomos de hidrógeno sobre el átomo de oxígeno le da una carga neta positiva en un lado y una carga negativa en el otro. Entre las consecuencias importantes para los organismos vivos se encuentran la capacidad del agua para 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 las 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 estado líquido. Como resultado, el hielo flota y esto tiene profundas implicaciones para la vida en todo el planeta.
Una forma sencilla de apreciar la naturaleza polar de una molécula de agua es visualizarla como la cabeza de Mickey Mouse. Los átomos de hidrógeno se encuentran encima de la molécula de oxígeno de la misma manera que las orejas se encuentran en la cabeza de Mickey. Esta disposición tetraédrica distorsionada se debe a la forma en que se comparten los electrones 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) de las moléculas circundantes en un proceso llamado enlace de hidrógeno. Cada enlace de hidrógeno dura sólo una fracción de segundo y no es lo suficientemente fuerte como para romper los enlaces covalentes entre los átomos, pero le da al agua una naturaleza anómala en comparación con otros líquidos, como el alcohol. Tres anomalías son especialmente importantes para los organismos vivos.
Debido a su naturaleza polar, el agua es capaz de disolver tantas sustancias que a veces los científicos la llaman disolvente universal. Los organismos absorben muchos nutrientes esenciales, incluidos carbono, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre del agua. Además, cuando el agua disuelve un sólido iónico, como el cloruro de sodio, los iones flotan libremente en la solución y la 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 es también el medio a través del cual los organismos eliminan los productos de desecho del metabolismo.
La atracción electrostática de las moléculas de agua entre sí crea el fenómeno de tensión superficial, por el cual la superficie del agua líquida forma una barrera sobre la que ciertos insectos pueden caminar. La tensión superficial hace que el agua se forme en gotas, y cuando una gota se acerca a otra, se atraen entre sí para formar una sola gota.
Debido a esta atracción, el agua puede entrar en pequeños capilares como un flujo constante. Esto permite que las plantas extraigan humedad del suelo a través de sus raíces y permite que los árboles altos se nutran extrayendo la savia a través de sus poros. La atracción de las moléculas de agua entre sí también ayuda a mantener los fluidos circulando a través del cuerpo de los animales.
Si el hielo no flotara, el mundo sería un lugar diferente y probablemente no sería capaz de sustentar vida. Los océanos y lagos podrían congelarse desde abajo hacia arriba y convertirse en una masa sólida cuando la temperatura bajara. En cambio, los cuerpos de agua forman una piel de hielo durante el invierno; la superficie del agua se congela cuando se expone a las temperaturas más frías del aire sobre ella, pero el hielo permanece encima del 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 a las criaturas terrestres.
Excepto 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 las obligan a formar una estructura reticular que proporciona más espacio entre ellas que el que tenían en el estado líquido.
