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Wenn Sie ein Wassermolekül sehen könnten (H2O) Aus der Nähe sieht es aus wie ein runder Kopf mit zwei Ohren, die an den Positionen 10 und 2 Uhr positioniert sind. Denk an Mickey Mouse. Die "Ohren" sind die beiden Wasserstoffionen, während der "Kopf" das Sauerstoffion ist. Da die Wasserstoffionen eine positive und die Sauerstoffionen eine negative Ladung tragen, verleiht diese Anordnung dem Molekül eine Nettopolarität, ähnlich wie bei einem Magneten des Wassermoleküls verleiht Wasser vier lebensnotwendige Eigenschaften: Es hat Kohäsion und einen vergleichsweise hohen Siedepunkt, ist im festen Zustand weniger dicht als im flüssigen Zustand und ein außergewöhnlich gutes Lösungsmittel.
Magnetische Anziehung
Die Struktur des Wassermoleküls ist ein verzerrtes Tetraeder. Die Wasserstoffionen bilden mit dem Sauerstoffmolekül einen Winkel von 104,5 Grad. Das Ergebnis ist, dass das Molekül zwar elektrisch neutral ist, aber genau wie Magnete Pole aufweist. Die negative Seite eines Moleküls wird von der positiven Seite der umgebenden Moleküle angezogen. Diese Anziehung ist als Wasserstoffbindung bekannt, und obwohl sie nicht stark genug ist, um die kovalenten Bindungen aufzubrechen, die die Moleküle zusammenhalten, ist sie stark genug, um ein anomales Verhalten zu erzeugen, das Wasser von anderen Flüssigkeiten unterscheidet.
Vier anomale Eigenschaften
Köche verlassen sich auf die Polarität des Wassers, wenn sie einen Mikrowellenherd benutzen. Da die Moleküle wie Magnete sind, reagieren sie auf hochfrequente Strahlung durch Vibrationen, und die Energie dieser Vibrationen erzeugt die Wärme, die zum Garen der Speisen benötigt wird. Dies ist ein Beispiel für die Wichtigkeit der Polarität von H2O, aber es gibt wichtigere.
Zusammenhalt: Aufgrund der magnetischen Anziehungskraft, die Wassermoleküle aufeinander ausüben, neigt flüssiges Wasser dazu, "zusammenzukleben". Sie sehen dies, wenn sich zwei Wasserperlen auf einer ebenen, glatten Oberfläche nähern. Wenn sie nahe genug kommen, verschmelzen sie auf magische Weise zu einem einzigen Tropfen. Diese Eigenschaft, Kohäsion genannt, gibt Wasseroberflächenspannung, die Insekten mit großen Füßen ausnutzen, um auf der Oberfläche laufen zu können. Es lässt Wurzeln Wasser in einem ununterbrochenen Strom saugen und stellt sicher, dass sich das Wasser, das durch winzige Kapillaren wie Venen fließt, nicht löst.
Hoher Siedepunkt: Der Siedepunkt von Wasser ist im Vergleich zu einigen Flüssigkeiten wie Glycerin oder Olivenöl nicht hoch, er sollte jedoch niedriger sein als er ist. Verbindungen, die aus Elementen der gleichen Gruppe wie Sauerstoff im Periodensystem gebildet werden, wie Wasserstoffselen (H2Se) und Schwefelwasserstoff (H2S) haben Siedepunkte, die 40 bis 60 Grad unter Null liegen. Der hohe Siedepunkt des Wassers ist ausschließlich auf die zusätzliche Energie zurückzuführen, die zum Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen erforderlich ist. Ohne die magnetische Anziehungskraft, die Wassermoleküle aufeinander ausüben, würde Wasser bei etwa -60 ° C verdampfen und es würde kein flüssiges Wasser und kein Leben auf der Erde geben.
Eis ist weniger dicht als Wasser: Die zusätzliche Kohäsion, die durch die Wasserstoffbindung bereitgestellt wird, komprimiert Wasser im flüssigen Zustand. Wenn Wasser gefriert, erzeugt elektrostatische Anziehung / Abstoßung eine Gitterstruktur, die geräumiger ist. Wasser ist die einzige Verbindung, die im festen Zustand weniger dicht ist, und diese Anomalie bedeutet, dass Eis schwimmt. Andernfalls würde jedes Meeresökosystem sterben, wenn das Wetter kalt genug war, dass das Wasser gefrieren könnte.
Wasser ist ein universelles Lösungsmittel: Wasser löst aufgrund seiner starken Wasserstoffbindung mehr Substanzen als jede andere Flüssigkeit. Dies ist wichtig für Lebewesen, die Nahrung aus in Wasser gelösten Nährstoffen beziehen. Die meisten Lebewesen sind auch auf Elektrolyte angewiesen, bei denen es sich um Wasserlösungen handelt, die ionische gelöste Stoffe enthalten, um bioelektrische Signale zu übertragen.