Kuinka jotkut hyönteiset voivat kävellä
lammikon pinnalla,
mutta sinä uppoat nopeasti pohjaan,
jos yrität kävellä veden päällä?
Ja miksi järvet talvella jäätyvät pinnasta kohti pohjaa?
Yhdellä sanalla vastaus kaikkiin kysymyksiin on polaarisuus.
Vesi on yksinkertainen molekyyli,
joka muodostuu yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista,
mutta se on elintärkeä elämälle.
Itse asiassa 60 prosenttia aikuisen ihmisen painosta
koostuu vedestä.
Vesimolekyylien polaarisuus
antaa tälle yleiselle aineelle ominaisuudet,
jotka tekevät siitä ainutlaatuisen ja elämää ylläpitävän.
Polaarisuus johtuu elektronien epätasaisesta
jakautumisesta molekyylissä.
Happiatomin ja kahden vetyatomin
väliset sidokset yhdessä vesimolekyylissä
on kuin köydenveto ison, voimakkaan jalkapalloilijan
ja pienen suloisen naperon välillä.
Happi on isompi atomi,
jolla on vetyä enemmän protoneja ytimessä.
Nämä positiiviset varaukset ovat kuin ihmisen fyysinen vahvuus.
Ne voivat vetää puoleensa
sidoksen negatiivisesti varattuja elektroneja,
samalla tavalla kuin voimakas yksilö voi voittaa
heikomman yksilön köydenvedossa.
Niinpä happi pystyy vetämään puoleensa
enemmän kuin oman osansa elektroneista.
Koska vety on pienempi ja heikompi ja
vähäprotonisempi,
se häviää köydenvedossa
ja vetää puoleensa vähemmän kuin oman osuutensa elektroneista.
Happi vesimolekyylissä käyttäytyy kuin se olisi negatiivinen,
ja vedyt käyttäytyvät kuin ne olisivat positiivisia.
Vesimolekyylissä olevia sidoksia
kutsutaan polaarisiksi kovalenttisiksi sidoksiksi.
Kovalenttisuus tarkoittaa, että elektronit on jaettu.
Mutta, kuten juuri opimme,
polaarisuus tarkoittaa, etteivät elektronit jakaudu tasaisesti.
Vedessä happi on negatiivinen
ja vedyt positiivisia.
Vastakkaiset varausten vetovoiman vuoksi
happi vetää puoleensa vetyatomeja
viereisissä vesimolekyyleissä.
Vesimolekyylien välille syntyy erityinen sidos,
joka tunnetaan paremmin vetysidoksena.
Vetysidoksia ei ole kuitenkaan pelkästään vedessä.
Ne voivat muodostua vesimolekyylin ja
polaarisen tai ioniyhdisteen välille.
Veden kykyä tarttua itseensä kutsutaan koheesioksi,
kun taas veden kykyä tarttua muihin aineisiin
kutsutaan adheesioksi.
Mieti nyt uudelleen alun kysymyksiä.
Ensiksi: miksi hyönteiset voivat kävellä veden päällä?
Vetysidoksista johtuva pintajännitys
luo ohuen kalvon veden pinnalle
ja syntyy tarpeeksi vastusta,
jotta kevyet hyönteiset voivat kävellä sen päällä.
Sinä et pysty siihen,
koska vetysidokset eivät ole niin vahvoja,
että pitäisivät sinut pinnalla.
Miksi jää kelluu nestemäisen veden päällä?
Monilla muilla aineilla
kiinteä olomuoto on tiheämpi kuin nestemäinen,
mutta näin ei ole vedellä!
Vetysidokset pitävät vesimolekyylit
kauempana toisistaan jäässä kuin nestemäisessä vedessä.
Mitä suurempi molekyylien väli on,
sitä vähemmän tiheää kiinteä aine on.
Niinpä jää on noin 9 prosenttia vähemmän tiheää kuin vesi
ja siitä syystä se kelluu pinnalla.
Tästä syystä järvi jäätyy pinnasta kohti pohjaa
ja elämä vedessä voi selviytyä
kylmästä talvesta vuosittain.
Vesimolekyylin polaarisuus
ja siitä johtuvat vetysidokset
aiheuttavat veden ainutlaatuiset ominaisuudet.
Joten syy sille, miksi vesi on niin erityinen,
solujesi sisältä
maailman meriin
on yksinkertaisesti se, että se on polaarinen.