Het watermolecuul is elektrisch neutraal, maar de asymmetrische rangschikking van de waterstofatomen op het zuurstofatoom geeft het een netto positieve lading aan de ene kant en een negatieve lading aan de andere. Een van de belangrijke gevolgen voor levende organismen is het vermogen van water om een ​​verscheidenheid aan stoffen op te lossen, meer dan welke andere vloeistof dan ook, en de sterke oppervlaktespanning, waardoor het druppels kan vormen en kan reizen door kleine wortels, stengels en haarvaten. Water is de enige stof die als gas, vloeistof en vaste stof voorkomt bij temperaturen die op aarde worden aangetroffen, en vanwege de polariteit van het watermolecuul, is de vaste toestand minder dicht dan de vloeibare toestand. Dientengevolge drijft ijs, en dit heeft diepgaande implicaties voor het leven overal op de planeet.

Waterstofbinding

Een gemakkelijke manier om de polaire aard van een watermolecuul te waarderen, is het te visualiseren als Mickey Mouse's hoofd. De waterstofatomen zitten bovenop het zuurstofmolecuul op vrijwel dezelfde manier als de oren op Mickey's hoofd zitten. Deze vervormde tetraëdrische ordening komt tot stand door de manier waarop elektronen worden gedeeld tussen de atomen. De waterstofatomen vormen een hoek van 104,5 graden, waardoor elk molecuul de kenmerken heeft van een elektrische dipool of een magneet.

De positieve (waterstof) zijde van elk watermolecuul wordt aangetrokken door de negatieve (zuurstof) zijde van de omgeving moleculen in een proces genaamd waterstofbinding. Elke waterstofbinding duurt slechts een fractie van een seconde en is lang niet sterk genoeg om de covalente bindingen tussen de atomen te verbreken, maar het geeft water een afwijkende aard in vergelijking met andere vloeistoffen, zoals alcohol. Drie afwijkingen zijn vooral belangrijk voor levende organismen.

The Solvent of Life

Vanwege zijn polaire aard kan water zoveel stoffen oplossen dat wetenschappers het soms een universeel oplosmiddel noemen. Organismen absorberen veel essentiële voedingsstoffen, waaronder koolstof, stikstof, fosfor, kalium, calcium, magnesium en zwavel uit water. Bovendien, wanneer water een ionische vaste stof oplost, zoals natriumchloride, zweven de ionen vrij in oplossing en veranderen ze in een elektrolyt. Elektrolyten voeren de elektrische signalen uit die nodig zijn om neurale signalen uit te zenden, evenals die welke andere biofysische processen reguleren. Water is ook het medium waardoor organismen de afvalstoffen van het metabolisme elimineren.

De bindende kracht van voeding

De elektrostatische aantrekkingskracht van watermoleculen voor elkaar creëert het fenomeen van oppervlaktespanning, waarbij de oppervlak van vloeibaar water vormt een barrière waarop bepaalde insecten daadwerkelijk kunnen lopen. Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat waterkorrels in druppeltjes opkomen en wanneer de ene druppel de andere nadert, trekken ze elkaar aan om een ​​enkele druppel te vormen.

Vanwege deze aantrekkingskracht kan water als een gestage stroom in kleine haarvaten worden getrokken. Hierdoor kunnen planten via de wortels vocht uit de grond halen en kunnen hoge bomen voedsel krijgen door sap door hun poriën te trekken. De aantrekkingskracht van watermoleculen voor elkaar zorgt er ook voor dat vloeistoffen door dierlijke lichamen blijven circuleren.

De anomalie van drijvend ijs

Als ijs niet zou drijven, zou de wereld een andere plaats zijn en waarschijnlijk zou het leven niet kunnen ondersteunen. Oceanen en meren konden van beneden naar boven bevriezen en veranderden in een vaste massa wanneer de temperatuur koud werd. In plaats daarvan vormen watermassa's in de winter een ijslaag; het wateroppervlak bevriest als het wordt blootgesteld aan de koudere luchttemperaturen erboven, maar het ijs blijft bovenop de rest van het water omdat ijs minder dicht is dan water. Hierdoor kunnen vissen en andere zeedieren bij koud weer overleven en voedsel bieden voor wezens op het land.

Met uitzondering van water wordt elke andere verbinding dichter in de vaste toestand dan in vloeibare staat. Het unieke gedrag van water is een direct gevolg van de polariteit van het watermolecuul. Terwijl de moleculen in de vaste toestand bezinken, dwingt waterstofbinding hen tot een roosterstructuur die meer ruimte tussen hen oplevert dan in vloeibare toestand.