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A molécula de água é eletricamente neutra, mas o arranjo assimétrico dos átomos de hidrogênio no átomo de oxigênio fornece uma carga líquida positiva de um lado e uma carga negativa do outro. Entre as conseqüências importantes para os organismos vivos estão a capacidade das águas de dissolver uma variedade de substâncias, mais do que qualquer outro líquido, e sua forte tensão superficial, que permite formar gotas e viajar através de raízes, caules e capilares minúsculos. A água é a única substância que existe como gás, líquido e sólido às temperaturas encontradas na Terra e, devido à polaridade da molécula de água, o estado sólido é menos denso que o estado líquido. Como resultado, o gelo flutua, e isso tem implicações profundas para a vida em qualquer lugar do planeta.
Ligação de hidrogênio
Uma maneira fácil de apreciar a natureza polar de uma molécula de água é visualizá-la como a cabeça de Mickey Mouses. Os átomos de hidrogênio estão no topo da molécula de oxigênio da mesma maneira que os ouvidos na cabeça de Mickeys. Esse arranjo tetraédrico distorcido ocorre devido à maneira como os elétrons são compartilhados entre os átomos. Os átomos de hidrogênio formam um ângulo de 104,5 graus, dando a cada molécula as características de um dipolo elétrico ou de um ímã.
O lado positivo (hidrogênio) de cada molécula de água é atraído para o lado negativo (oxigênio) das moléculas circundantes em um processo chamado ligação de hidrogênio. Cada ligação de hidrogênio dura apenas uma fração de segundo e não é suficientemente forte para romper as ligações covalentes entre os átomos, mas confere à água uma natureza anômala quando comparada a outros líquidos, como o álcool. Três anomalias são especialmente importantes para os organismos vivos.
O solvente da vida
Devido à sua natureza polar, a água é capaz de dissolver tantas substâncias que os cientistas às vezes chamam de solvente universal. Os organismos absorvem muitos nutrientes essenciais, incluindo carbono, nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre da água. Além disso, quando a água dissolve um sólido iônico, como cloreto de sódio, os íons flutuam livremente em solução e o transformam em eletrólito. Os eletrólitos conduzem os sinais elétricos necessários para transmitir sinais neurais, bem como aqueles que regulam outros processos biofísicos. A água também é o meio através do qual os organismos eliminam os resíduos do metabolismo.
A força obrigatória do alimento
A atração eletrostática das moléculas de água cria um fenômeno de tensão superficial, pelo qual a superfície da água líquida forma uma barreira sobre a qual certos insetos podem realmente andar. A tensão superficial transforma a água em gotas e, quando uma gota se aproxima de outra, elas se atraem para formar uma única gota.
Por causa dessa atração, a água pode ser atraída para pequenos capilares como um fluxo constante. Isso permite que as plantas extraiam a umidade do solo através de suas raízes e permite que árvores altas se alimentem puxando seiva por seus poros. A atração de moléculas de água entre si também ajuda a manter os fluidos circulando pelos corpos dos animais.
A anomalia do gelo flutuante
Se o gelo não flutuasse, o mundo seria um lugar diferente e provavelmente não seria capaz de sustentar a vida. Oceanos e lagos podem congelar de baixo para cima e podem se transformar em uma massa sólida sempre que a temperatura fica fria. Em vez disso, os corpos de água formam uma camada de gelo durante o inverno; a superfície da água congela quando exposta às temperaturas mais frias do ar acima dela, mas o gelo permanece no topo da água porque o gelo é menos denso que a água. Isso permite que peixes e outras criaturas marinhas sobrevivam no tempo frio e forneçam comida para criaturas que habitam a terra.
Exceto pela água, todos os outros compostos se tornam mais densos no estado sólido do que no estado líquido. O comportamento único das águas é um resultado direto da polaridade da molécula de água. À medida que as moléculas se instalam no estado sólido, a ligação de hidrogênio as força a formar uma estrutura de treliça que fornece mais espaço entre elas do que no estado líquido.