Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Effekterne af Waters Polaritet på Living Things

Vandmolekylet er elektrisk neutralt, men det asymmetriske arrangement af hydrogenatomerne på oxygenatomet giver det en netto positiv ladning på den ene side og en negativ ladning på den anden. Blandt de vigtige konsekvenser for levende organismer er vandets evne til at opløse en række stoffer, mere end nogen anden væske og dens stærke overfladespænding, som gør det muligt at danne dråber og rejse gennem små rødder, stilke og kapillærer. Vand er det eneste stof, der findes som en gas, flydende og fast ved temperaturer, der findes på Jorden, og på grund af vandmolekylets polaritet er fast tilstand mindre tæt end flydende tilstand. Som et resultat er isflåd, og dette har dybtgående konsekvenser for livet overalt på planeten.

Hydrogenbinding

En nem måde at sætte pris på den polære natur af et vandmolekyle er at visualisere det som Mickey Mouse's hoved. Brintatomerne sidder oven på iltmolekylet på samme måde som ørerne sidder på Mickeys hoved. Dette forvrængede tetrahedrale arrangement er til stede på grund af den måde, elektroner deles mellem atomerne på. Hydrogenatomer danner en 104,5-graders vinkel, der giver hvert molekyle karakteristikaene for en elektrisk dipol eller en magnet.

Den positive (hydrogen) side af hvert vandmolekyle tiltrækkes til den negative (oxygen) side af omgivelserne molekyler i en proces kaldet hydrogenbinding. Hver hydrogenbinding varer kun i en brøkdel af et sekund og er næsten ikke stærk nok til at bryde de kovalente bindinger mellem atomer, men det giver vand en anomaløs natur sammenlignet med andre væsker, såsom alkohol. Tre uregelmæssigheder er særligt vigtige for levende organismer.

Livets opløsningsmiddel

På grund af sin polære natur er vand i stand til at opløse så mange stoffer, at forskere undertiden kalder det et universelt opløsningsmiddel. Organismer absorberer mange vigtige næringsstoffer, herunder kulstof, nitrogen, fosfor, kalium, calcium, magnesium og svovl fra vand. Desuden når ionerne opløses et ionisk faststof, såsom natriumchlorid, flyder de frit i opløsning og omdanner det til en elektrolyt. Elektrolytter udfører de elektriske signaler, der er nødvendige for at transmittere neurale signaler såvel som dem, der regulerer andre biofysiske processer. Vand er også det middel, hvorigennem organismer eliminerer affaldsprodukterne fra stofskiftet.

Nødvendighedens bindekraft

Den elektrostatiske tiltrækning af vandmolekyler for hinanden skaber fænomenet overfladespænding, hvorved Overfladen af ​​flydende vand danner en barriere, hvorpå visse insekter rent faktisk kan gå. Overfladespænding gør vandkuglen op i dråber, og når en dråbe nærmer sig en anden, tiltrækker de hinanden til dannelse af en enkelt dråbe.

På grund af denne attraktion kan vandet trækkes i små kapillærer som en stabil strøm. Dette gør det muligt for planter at trække fugt fra jorden gennem deres rødder, og det gør det muligt for høje træer at få næring ved at trække sap gennem deres porer. Tiltrækningen af ​​vandmolekyler til hinanden hjælper også med at holde væsker cirkulerende gennem dyreorganer.

Flydende is is

Hvis isen ikke flyder, ville verden være et andet sted og sandsynligvis ville ikke være i stand til at støtte livet. Hav og søer kunne fryse fra bunden op og kunne blive en solid masse, når temperaturen blev kold. I stedet danner vandlegemer en is af is om vinteren; Overfladen af ​​vandet fryser, når den udsættes for de koldere lufttemperaturer over den, men isen forbliver oven på resten af ​​vandet, fordi isen er mindre tæt end vand. Dette tillader fisk og andre marine væsner at overleve i koldt vejr og give mad til jordboende væsner.

Bortset fra vand bliver hver anden forbindelse tættere i fast tilstand end den er i flydende tilstand. Vandets unikke adfærd er et direkte resultat af vandmolekylets polaritet. Efterhånden som molekylerne sætter sig i fast tilstand, tvinger hydrogenbindingen dem til en gitterstruktur, som giver mere plads mellem dem, end de havde i flydende tilstand.