Allt levande på jorden är på ett speciellt sätt
förbundet med vatten. Utan vatten är liv inte tänkbart. Vattnets
kemiska och fysikaliska egenskaper har i någon bemärkelse format
förutsättningar och villkor för liv. Vi bör kunna förstå
något av livets mest elementära egenskaper om vi kan förstå
vatten.
Vatten är uppbyggt av enkla V-formade molekyler. De två benen i V-t
utgörs av två väteatomer, som är bundna till en central
syreatom. Vinkeln mellan syreatomen och de två väteatomerna är
ungefär 104,5 grader. Den elektriska laddningen inom vattenmolekylen är
något snedfördelad så att det finns en negativ pol i spetsen
vid V-t, där syreatomen sitter, och en positiv pol vid de båda väteatomerna.
Dessa två egenskaper hos vattenmolekylen, vinkelns storlek och den elektriska
polariteten, ger vattnet dess unika egenskaper.
Eftersom vattenmolekylen är elektriskt polär så uppkommer attraktionskrafter
(vätebindningar) mellan enskilda molekyler. Styrkan av dessa sammanbindande
krafter anger de villkor under vilka vatten kan befinna sig i vätskefas.
Vätskefas betyder att de ordnande, sammanhållande krafterna mellan
molekylerna är tillräckligt starka för att i någon mån
övervinna molekylernas slumpmässiga värmerörelser. När
de slumpmässiga krafterna tar överhand, då omvandlas vätskan
en flyktig gas. När ordnande krafter tar överhand, bildas kristaller.
Vätskefasen utgör alltså ett övergångsfenomen mellan
kaos och ordning.
En avgörande faktor är också bindningsvinkeln. Om vinkeln mellan
väteatomerna hade varit 109,5 grader, då hade vattenmolekylerna kunnat
knyta ett tetraediskt nätverk, där varje molekyl till läge och
riktning passar perfekt till omgivande molekyler. Varje enhet hade då
varit entydigt bestämd av en likaledes entydig helhet, som hade fyllt ut
hela det euklidiska rummet. Detta "vatten" hade fallit ut som exakta,
regelbundna kristaller. Skillnaden mellan 109,5 och 104,5 grader betyder att
vattenmolekylerna med sina mycket starka vätebindningar inte kan bilda
något väldefinierat tredimentionellt nät i det rum, där
vi är vana att vistas. Det passar inte riktigt - bara nästan. Dessa
två faktorer, den starka bindning mellan molekylerna och deras nästan-exakta
passform, gör att vatten kommer att förbli i vätskefas under
mycket vida temperatur- och tryck intervall.
Vatten har unika egenskaper som lösningsmedel samt en märklig förmåga
att adsorbera till ett mycket stort antal strukturer och kemiska substanser.
Att vatten adsorberas betyder att dessa andra kemiska strukturer blir överdragna
av, inklädda med ett mycket tunnt nät av vattenmolekyler. I vatten
pågår en enträgen omkombination av bindningar mellan molekylerna.
Hela tiden uppstår och upplöses oregelbundet förgrenade nätverk
av ringar med tre, fyra, fem molekyler. De starka, sammanfogande krafterna letar
förgäves efter det mönster som inte finns. Antalet möjliga
konfigurationer tycks vara oändligt. Och därför kan vattnet anpassa
sig till ett otal andra ämnens molekylformer.
Interaktionen mellan vattenmolekylerna är inte helt slumpmässig men
den är heller inte fångad i ett entydigt mönster. Det vatten
vi känner är resultatet av starka och enträgna krafters försök
att fylla hela det euklidiska rummet med bitar, som bara inte passar ihop. Och
alla dessa, bara delvis realiserbara konfigurationer, som upphäver varandra,
finns närvarande samtidigt i vattnet. Vatten är ett mönster av
mycket starka bindningar, som håller samman molekyler i ett vibrerande
och skimrande mellanläge av aningar.