Di Chris Deziel Aggiornato il 24 marzo 2022
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La molecola d'acqua è elettricamente neutra, ma la disposizione asimmetrica degli atomi di idrogeno sull'atomo di ossigeno le conferisce una carica netta positiva da un lato e una carica negativa dall'altro. Tra le conseguenze importanti per gli organismi viventi vi sono la capacità dell'acqua di dissolvere una varietà di sostanze, più di qualsiasi altro liquido, e la sua forte tensione superficiale, che le consente di formare gocce e di viaggiare attraverso minuscole radici, steli e capillari. L'acqua è l'unica sostanza che esiste come gas, liquido e solido alle temperature riscontrate sulla Terra e, a causa della polarità della molecola d'acqua, lo stato solido è meno denso dello stato liquido. Di conseguenza, il ghiaccio galleggia e ciò ha profonde implicazioni per la vita in tutto il pianeta.
Un modo semplice per apprezzare la natura polare di una molecola d'acqua è visualizzarla come la testa di Topolino. Gli atomi di idrogeno si trovano sopra la molecola di ossigeno più o meno allo stesso modo in cui le orecchie si trovano sulla testa di Topolino. Questa disposizione tetraedrica distorta è dovuta al modo in cui gli elettroni sono condivisi tra gli atomi. Gli atomi di idrogeno formano un angolo di 104,5 gradi, conferendo a ciascuna molecola le caratteristiche di un dipolo elettrico o di un magnete.
Il lato positivo (idrogeno) di ciascuna molecola d'acqua è attratto dal lato negativo (ossigeno) delle molecole circostanti in un processo chiamato legame idrogeno. Ogni legame idrogeno dura solo una frazione di secondo e non è abbastanza forte da rompere i legami covalenti tra gli atomi, ma conferisce all'acqua una natura anomala rispetto ad altri liquidi, come l'alcol. Tre anomalie sono particolarmente importanti per gli organismi viventi.
A causa della sua natura polare, l'acqua è in grado di dissolvere così tante sostanze che gli scienziati a volte la chiamano un solvente universale. Gli organismi assorbono dall'acqua molti nutrienti essenziali, tra cui carbonio, azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio e zolfo. Inoltre, quando l'acqua dissolve un solido ionico, come il cloruro di sodio, gli ioni galleggiano liberamente nella soluzione e la trasformano in un elettrolita. Gli elettroliti conducono i segnali elettrici necessari per trasmettere i segnali neurali e quelli che regolano altri processi biofisici. L'acqua è anche il mezzo attraverso il quale gli organismi eliminano i prodotti di scarto del metabolismo.
L'attrazione elettrostatica delle molecole d'acqua tra loro crea il fenomeno della tensione superficiale, per cui la superficie dell'acqua liquida forma una barriera sulla quale alcuni insetti possono effettivamente camminare. La tensione superficiale fa sì che l'acqua si formi in gocce e, quando una goccia si avvicina a un'altra, si attraggono a vicenda per formare un'unica goccia.
A causa di questa attrazione, l'acqua può essere attirata nei piccoli capillari come un flusso costante. Ciò consente alle piante di assorbire l'umidità dal terreno attraverso le loro radici e consente agli alberi ad alto fusto di nutrirsi attirando la linfa attraverso i loro pori. L'attrazione reciproca delle molecole d'acqua aiuta anche a mantenere i fluidi in circolazione attraverso i corpi degli animali.
Se il ghiaccio non galleggiasse, il mondo sarebbe un posto diverso e probabilmente non sarebbe in grado di sostenere la vita. Oceani e laghi potrebbero congelare dal basso verso l’alto e trasformarsi in una massa solida ogni volta che la temperatura diventasse fredda. Gli specchi d'acqua formano invece una pelle di ghiaccio durante l'inverno; la superficie dell'acqua congela quando esposta alle temperature dell'aria più fredda sopra di essa, ma il ghiaccio rimane sopra il resto dell'acqua perché il ghiaccio è meno denso dell'acqua. Ciò consente ai pesci e ad altre creature marine di sopravvivere nella stagione fredda e di fornire cibo alle creature terrestri.
Ad eccezione dell'acqua, tutti gli altri composti diventano più densi allo stato solido che allo stato liquido. Il comportamento unico dell'acqua è il risultato diretto della polarità della molecola d'acqua. Quando le molecole si stabilizzano nello stato solido, il legame idrogeno le costringe in una struttura reticolare che fornisce più spazio tra di loro rispetto allo stato liquido.
