La molécule d'eau est électriquement neutre, mais l'arrangement asymétrique des atomes d'hydrogène sur l'atome d'oxygène lui donne une charge positive nette d'un côté et une charge négative de l'autre. Parmi les conséquences importantes pour les organismes vivants, citons la capacité de l'eau à dissoudre diverses substances, plus que tout autre liquide, et sa forte tension superficielle qui lui permet de former des gouttes et de voyager à travers de minuscules racines, tiges et capillaires. L'eau est la seule substance qui existe en tant que gaz, liquide et solide à des températures trouvées sur Terre, et à cause de la polarité de la molécule d'eau, l'état solide est moins dense que l'état liquide. En conséquence, la glace flotte, et ceci a de profondes implications pour la vie partout sur la planète.
Liaison Hydrogène
Un moyen facile d'apprécier la nature polaire d'une molécule d'eau est de la visualiser comme La tête de Mickey Mouse. Les atomes d'hydrogène reposent au sommet de la molécule d'oxygène de la même manière que les oreilles reposent sur la tête de Mickey. Cet arrangement tétraédrique déformé vient à cause de la façon dont les électrons sont partagés entre les atomes. Les atomes d'hydrogène forment un angle de 104,5 degrés, donnant à chaque molécule les caractéristiques d'un dipôle électrique ou d'un aimant.
Le côté positif (hydrogène) de chaque molécule d'eau est attirée par le côté négatif (oxygène) de l'environnement molécules dans un processus appelé liaison hydrogène. Chaque liaison hydrogène ne dure qu'une fraction de seconde, et n'est pas assez forte pour rompre les liaisons covalentes entre les atomes, mais elle donne à l'eau une nature anormale par rapport à d'autres liquides, tels que l'alcool. Trois anomalies sont particulièrement importantes pour les organismes vivants.
En raison de sa nature polaire, l'eau est capable de dissoudre tant de substances que les scientifiques appellent parfois un solvant universel. Les organismes absorbent de nombreux nutriments essentiels, y compris le carbone, l'azote, le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre de l'eau. De plus, lorsque l'eau dissout un solide ionique, tel que le chlorure de sodium, les ions flottent librement dans la solution et le transforment en un électrolyte. Les électrolytes conduisent les signaux électriques nécessaires pour transmettre les signaux neuronaux ainsi que ceux qui régulent d'autres processus biophysiques. L'eau est aussi le moyen par lequel les organismes éliminent les déchets produits par le métabolisme.
L'attraction électrostatique des molécules d'eau les unes par rapport aux autres crée le phénomène de tension superficielle. la surface de l'eau liquide forme une barrière sur laquelle certains insectes peuvent réellement marcher. La tension de surface fait que l'eau se transforme en gouttelettes, et lorsqu'une gouttelette s'approche d'une autre, elles s'attirent l'une l'autre pour former une seule gouttelette. En raison de cette attraction, l'eau peut être aspirée dans de petits capillaires. Cela permet aux plantes de tirer l'humidité du sol à travers leurs racines, et cela permet aux grands arbres de se nourrir en aspirant la sève dans leurs pores. L'attraction des molécules d'eau les unes par rapport aux autres aide aussi à garder les fluides circulant dans les corps des animaux.
L'Anomalie de la Glace Flottante
Si la glace ne flottait pas, le monde serait différent ne serait pas en mesure de soutenir la vie. Les océans et les lacs pourraient geler du bas vers le haut et pourraient se transformer en une masse solide chaque fois que la température deviendrait froide. Au lieu de cela, les plans d'eau forment une peau de glace pendant l'hiver; la surface de l'eau gèle lorsqu'elle est exposée aux températures de l'air plus froides au-dessus, mais la glace reste au-dessus du reste de l'eau parce que la glace est moins dense que l'eau. Cela permet aux poissons et autres créatures marines de survivre par temps froid et de fournir de la nourriture aux créatures terrestres.
À l'exception de l'eau, tous les autres composés deviennent plus denses à l'état solide qu'à l'état liquide. Le comportement unique de l'eau est le résultat direct de la polarité de la molécule d'eau. Au fur et à mesure que les molécules se stabilisent à l'état solide, la liaison hydrogène les force à former une structure en treillis qui fournit plus d'espace entre elles qu'à l'état liquide.
