Rola wody

Cząsteczka wody zbudowana jest z atomu tlenu połączonego wiązaniami kowalencyjnymi z dwoma atomami wodoru. Kąt między wiązaniami wynosi 104,5°, więc cząsteczka nie jest liniowa. To właśnie stąd biorą się wszystkie jej nietypowe właściwości.

Tlen ma większą elektroujemność niż wodór, więc przyciąga wspólne pary elektronowe silniej. Powstają ładunki cząstkowe: ujemny na tlenie, dodatnie na wodorach. Dzięki kątowemu ustawieniu ładunki się nie znoszą i cząsteczka jest dipolem. W cząsteczce liniowej, na przykład w dwutlenku węgla, momenty się kompensują i cząsteczka pozostaje niepolarna mimo polarnych wiązań.

Dipole przyciągają się nawzajem: dodatni wodór jednej cząsteczki wiąże się z ujemnym tlenem sąsiedniej. Pojedyncze wiązanie wodorowe jest słabe (wielokrotnie słabsze od kowalencyjnego), ale w ciekłej wodzie każda cząsteczka tworzy ich do czterech i nieustannie je zrywa oraz odtwarza. Suma tych oddziaływań decyduje o zachowaniu całej cieczy.

Stąd wysoka temperatura wrzenia i topnienia: żeby oderwać cząsteczki od siebie, trzeba rozerwać sieć wiązań wodorowych. Stąd też duża pojemność cieplna. Pochłonięta energia najpierw rozrywa wiązania, a dopiero potem podnosi temperaturę. Dla organizmu oznacza to stabilność cieplną: temperatura ciała zmienia się wolniej niż temperatura otoczenia. Wysokie ciepło parowania sprawia z kolei, że pocenie się skutecznie chłodzi ciało.

Kohezja, czyli przyciąganie cząsteczek wody do siebie, oraz adhezja (przyciąganie do ścian naczynia) pozwalają wodzie wznosić się w naczyniach włoskowatych wbrew grawitacji. Na tym opiera się transport wody w drewnie roślin. Napięcie powierzchniowe, skutek kohezji, utrzymuje na powierzchni owady takie jak nartnik.

Polarność czyni wodę doskonałym rozpuszczalnikiem substancji polarnych i jonowych: dipole otaczają jony otoczką hydratacyjną i odciągają je od kryształu. Substancje niepolarne, jak tłuszcze, nie oddziałują z dipolami i pozostają nierozpuszczone. Ta właśnie niezdolność do mieszania się z wodą buduje błony komórkowe.

Lód ma mniejszą gęstość niż woda ciekła, bo sztywna sieć wiązań wodorowych rozsuwa cząsteczki na większe odległości, niż wynosi ich średni odstęp w cieczy. Woda osiąga największą gęstość w 4 °C. Dzięki temu zbiorniki zamarzają od powierzchni, a warstwa lodu izoluje wodę pod spodem na tyle, że organizmy wodne przeżywają zimę.