Por Chris Deziel Atualizado em 24 de março de 2022

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A molécula de água é eletricamente neutra, mas o arranjo assimétrico dos átomos de hidrogênio no átomo de oxigênio confere-lhe uma carga líquida positiva de um lado e uma carga negativa do outro. Entre as consequências importantes para os organismos vivos estão a capacidade da água de dissolver uma variedade de substâncias, mais do que qualquer outro líquido, e a sua forte tensão superficial, que lhe permite formar gotas e viajar através de pequenas raízes, caules e capilares. A água é a única substância que existe como gás, líquido e sólido nas 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 isto tem implicações profundas para a vida em todo o planeta.

Ligação de Hidrogênio

Ligação de Hidrogênio

Uma maneira fácil de apreciar a natureza polar de uma molécula de água é visualizá-la como a cabeça do Mickey Mouse. Os átomos de hidrogênio ficam sobre a molécula de oxigênio, da mesma forma que as orelhas ficam na cabeça do Mickey. 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 pelo 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 forte o suficiente para quebrar as ligações covalentes entre os átomos, mas dá 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

O Solvente da Vida

Devido à sua natureza polar, a água é capaz de dissolver tantas substâncias que os cientistas às vezes a 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 o cloreto de sódio, os íons flutuam livremente na solução e a transformam em um 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 pelo qual os organismos eliminam os resíduos do metabolismo.

A força vinculativa da nutrição

A força vinculativa da nutrição

A atração eletrostática das moléculas de água umas pelas outras cria o fenômeno da tensão superficial, em que a superfície da água líquida forma uma barreira sobre a qual certos insetos podem realmente caminhar. A tensão superficial faz com que a água se transforme em gotículas e, quando uma gota se aproxima da outra, elas se atraem para formar uma única gota.

Devido a esta atração, a água pode ser atraída para pequenos capilares como um fluxo constante. Isso permite que as plantas retirem a umidade do solo através de suas raízes e permite que árvores altas obtenham nutrição puxando a seiva através de seus poros. A atração das moléculas de água umas pelas outras também ajuda a manter os fluidos circulando pelos corpos dos animais.

A anomalia do gelo flutuante

A anomalia do gelo flutuante

Se o gelo não flutuasse, o mundo seria um lugar diferente e provavelmente não seria capaz de sustentar vida. Oceanos e lagos poderiam congelar de baixo para cima e se transformar em uma massa sólida sempre que a temperatura baixasse. Em vez disso, corpos d’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 em cima do resto da água porque o gelo é menos denso que a água. Isso permite que peixes e outras criaturas marinhas sobrevivam em climas frios e forneçam alimento para as criaturas que vivem na terra.

Com exceção da água, todos os outros compostos tornam-se mais densos no estado sólido do que no estado líquido. O comportamento único da água é resultado direto da polaridade da molécula de água. À medida que as moléculas se estabelecem no estado sólido, as ligações de hidrogênio as forçam a formar uma estrutura de rede que fornece mais espaço entre elas do que tinham no estado líquido.