Nasz reporter Tomasz Sitarz dotarł do zapisu niezwykłego talk-show, którego gościem jest cząsteczka wody. Bohaterka programu nie tylko niewzburzona znosi suche żarty prowadzącego, ale także zalewa widzów potokiem informacji na temat swojej wyjątkowej struktury i właściwości. Warto przeczytać, bo – było nie było – wszyscy jesteśmy w tym umoczeni.
Prowadzący: Witamy Państwa z powrotem w studiu. Po burzliwej dyskusji z Cumulonimbusem o katastrofie klimatycznej zapraszamy na wywiad z celebrytką z prawdziwego zdarzenia. Obecną w każdym środowisku, wnikającą w najciaśniejsze szczeliny istnienia. Sprawczynią cyrku, który nazywamy życiem. Proszę o brawa dla Wody.
Woda: Dzień dobry państwu, dzień dobry panu.
W naszym programie trzymamy się formuły zaczerpniętej z psychologii głębi i staramy się, aby zaproszona przez nas osoba mogła opisać rozwój swojej osobowości od najwcześniejszych wspomnień dzieciństwa po wynikającą z nich formę dorosłą. Dlatego właśnie pierwsze pytanie brzmi: skąd się Pani wzięła?
Odpowiedź na to pytanie nie jest tak prosta, jak mogłoby się wydawać. Teorii na temat źródła mojej obecności na Ziemi jest kilka i później chętnie do nich wrócę, jednak jako cząsteczka postrzegam swoje powstanie w kategoriach chemicznych. Jak państwo wiedzą, składam się z dwóch atomów wodoru połączonych z atomem tlenu. Mój wzór można zapisać jako HOH. Lub zwyczajowo: H2O.
Czy może Pani przybliżyć nam, dosłownie i w przenośni, charakterystykę swojej cząstki?
Z przyjemnością. Postaram się być klarowna do granic możliwości. W normalnych ziemskich warunkach występuję w stanie ciekłym. Jest to dosyć wyjątkowa cecha, ponieważ inne cząsteczki o podobnej budowie zazwyczaj występują w stanie gazowym. Zawdzięczam ten fakt wiązaniom wodorowym.
Czy oznacza to, że cząsteczki wody trzymają się swoich sąsiadek za pomocą jakichś specjalnych sił?
Wiązanie wodorowe to rodzaj oddziaływania elektrostatycznego między wodorem i atomem elektroujemnym, w tym przypadku tlenem. Jeśli wyobrażą sobie państwo ładunki występujące w strukturze wody, to rzuci się w oczy fakt, że ładunek ujemny jest przesunięty w kierunku tlenu. Z tego wynika, że ładunek dodatni znajduje się bliżej wodorów. A to oznacza, że jestem polarna.
Czyli śnieżnobiała, łasa na foki i promująca kapitalistyczną wizję przesilenia zimowego?
Nie tym razem, panie redaktorze. Oznacza to, że ładunki elektryczne w mojej cząsteczce są rozłożone nierównomiernie, przez co jej część jest naładowana bardziej negatywnie, a część bardziej pozytywnie.
Z jednej strony ma Pani plus, a z drugiej minus. Jak bateria?
Pańskie przytyki nie są może jakoś bardzo rażące, ale proszę pamiętać, że kropla drąży skałę, a i czarę może przepełnić. Wróćmy jednak do polarności. Dodatnio naładowany atom wodoru jednej cząsteczki będzie oddziaływać z ujemnie naładowanym atomem tlenu cząsteczki sąsiadującej. Wytwarza się więc coś na kształt sieci, w której cząsteczki uporządkowane są w specyficzny, dobrze zbadany sposób.
Czy te informacje przekładają się jakoś na sprawy, które dotyczą naszych widzów w życiu codziennym?
Oczywiście! Moje minusy przyciągają dodatnio naładowane cząsteczki, a moje plusy oddziałują na obecne w środowisku minusy. Pozwala mi to wchodzić w interakcję z przeróżnymi cząsteczkami. Biorąc też pod uwagę moje małe rozmiary, łatwo się domyślić, że stanowię uniwersalny rozpuszczalnik. To wyjątkowo ważna cecha, ponieważ dotyczy funkcjonowania organizmów żywych, w tym widzów. Wszelkie reakcje biochemiczne, których efektem jesteście, wymagają, by ich części składowe były rozpuszczone w środowisku wodnym.
Czy ta cecha odgrywa jakąś znaczącą rolę w funkcjonowaniu białek?
Widzę, że się pan przygotował. Tak, ma kluczowe znaczenie, ponieważ białka, bez których nie byłoby metabolizmu, często wykazują się polarnością. To dużo większe i bardziej rozbudowane cząsteczki, więc ładunki są od siebie znacznie oddalone i rozproszone. Jako uniwersalny rozpuszczalnik staję na wysokości zadania i zapewniam odpowiednie warunki dla nawet najtrudniej rozpuszczalnych protein. Nie będę głębiej wchodzić w moje zdolności rozpuszczania wielu niezbędnych dla organizmów żywych soli. Każdy ma w domu sól kuchenną i może sprawdzić na własną rękę.
Jestem jednak pewien, że z polarności cząsteczki wynika znacznie więcej niż to, czym się już Pani z nami podzieliła. W innym przypadku będę musiał wziąć Pani wywód o wiązaniach wodorowych za…
Ostrzegam pana!
Proszę wybaczyć, ale muszę… za lanie wody.
Widzę, że uważa się pan za krynicę dowcipu.
Z tego żyję. Proszę jednak kontynuować. Jak jeszcze objawia się Pani wyjątkowość?
Z obecności wiązań wodorowych w cząsteczce wynika bezpośrednio moja wyjątkowa pojemność cieplna. Jest to wartość fizyczna, która opisuje ilość ciepła niezbędną do zmiany temperatury mojej cząsteczki o jednostkę temperatury. W ludzkim języku oznacza to, że trzeba bardzo się postarać, by podgrzać kubek wody, i długo czekać, aż ten kubek ochłodzi się do temperatury pokojowej. W związku z tym byłam zawsze idealnym środowiskiem dla organizmów żywych, które – jak wiadomo – nie są fanami znacznych fluktuacji temperatury. Stosuje się to również do większych systemów. Znaczniejsza część nadmiaru energii przekazanego przez ludzkie aktywności do środowiska została zakumulowana w oceanach. Jestem dla was jednocześnie środowiskiem i tarczą ochronną.
I wszyscy jesteśmy za to wdzięczni. Mam kolejne pytanie, które może wydać się Pani żartem. Proszę jednak o wyrozumiałość. W wielu kulturach krążą plotki o bytach zdolnych do chodzenia po wodzie. Może to Pani jakoś skomentować?
To przecież oczywista sprawa. Charakteryzuję się wysokim napięciem powierzchniowym. Nie powie mi pan przecież, że nigdy nie widział owada hasającego po powierzchni jeziora?
Oczywiście. Chodzi jednak o człowieka.
Jeśli ten człowiek wykształcił w drodze ewolucji odpowiednio zbudowane kończyny, to nie widzę przeciwwskazań. Czy jego nogi były ekstremalnie długie i rozczapierzone na końcach?
Nie wydaje mi się. Pisma nic o tym nie mówią.
Więc to raczej plotka. Wróćmy do konkretów. Czas płynie.
Ma Pani rację. Wydaje się, że jest Pani jakby idealnie zaprojektowaną cząsteczką. Spełnia Pani tak wiele warunków niezbędnych do zaistnienia życia na Ziemi.
Nie zdradziłam jeszcze wszystkich sekretów. Choć pańskie pytanie o chodzenie po wodzie wydało mi się głupie, to przypomniało mi o czymś, co warto powiedzieć. Cechuję się silną kohezją. Oznacza to, że moje cząsteczki lgną do siebie z wyjątkową ochotą. Miejscem, gdzie można to najlepiej zaobserwować, jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Na pewno widzieli państwo nagrania dryfujących w przestrzeni ogromnych kropel wody. Wspomnę jeszcze o adhezji, która jest jakby kohezją, ale między różnymi cząsteczkami. Oba te zjawiska – podobnie jak napięcie powierzchniowe – wynikają ze starych, dobrych wiązań wodorowych.
Wydaje się więc, że wiele im Pani zawdzięcza. Może opowie Pani trochę o tej relacji.
To prawda, dzięki nim jestem, kim jestem, lecz są one również obecne w setkach innych molekuł, więc nie chciałabym, aby przypisywano mi na nie monopol. Dziwi mnie wręcz, że wśród ludzi tak mało mówi się o ich zasługach.
Proszę wybaczyć, ale nie jest nam łatwo je zaobserwować, a co dopiero docenić.
Jest pan w błędzie. Widzicie je na każdym kroku. Niech pan pomyśli o drzewach, o roślinach. Potrafi pan je dostrzec i nie powie mi pan, że nie są ważne. Istnieją one w takiej formie dzięki naszym ulubionym wiązaniom. Nawet abstrahując od ich roli w budowie komórek i metabolizmie, trudno nie być im wdzięcznym.
Można trochę mniej mętnie?
Pana żarty pozostawiają wiele do życzenia. Jak to możliwe, że przełożeni nie kazali jeszcze panu spływać? Mniejsza o to. Wytłumaczę. Życie drzew uzależnione jest od wody, którą pobierają korzeniami. Muszą jednak przetransportować ją do liści, wykorzystując w tym celu system transportowy, którym jest łyko. Wyniesienie dużej masy na taką wysokość wymaga niesamowitej ilości energii, a na taki wydatek drzewo nie może sobie pozwolić. Dobrze się więc składa, że wiązania wodorowe wspierają drzewo w tym przedsięwzięciu. Dzięki adhezji i kohezji podlegam zjawiskom kapilarnym, które umożliwiają mi „wspinanie się” ku koronie drzewa.
Godne podziwu. Zdaje mi się jednak, że to inne organizmy najwięcej Pani zawdzięczają.
Znając pańskie poczucie humoru, mówi pan o rybach.
Bystra!
Powoli mam dość, ale spróbuję płynnie dobrnąć do końca. Organizmy wodne rzeczywiście wiele mi zawdzięczają.
Nazwę?
Życie. Zastanawiał się pan kiedyś, dlaczego wiosną zbiornik wodny budzi się do życia, zamiast być pełnym uśmierconych mrozem ryb?
To akurat wie każdy. Lód skuwa jedynie powierzchnię.
Ale nie każdy wie dlaczego. W kwestii rozszerzalności temperaturowej jestem dosyć wyjątkowa. W stanie ciekłym większość substancji liniowo zwiększa swoją gęstość wraz ze spadkiem temperatury. W moim przypadku nie tak łatwo tę zależność przewidzieć. Moja gęstość rzeczywiście rośnie wraz z ochładzaniem, ale osiąga maksimum w okolicy 4°C. Nawet taki śmieszek jak pan wie, że gęste obiekty opadają na dno zbiornika. Tak też dzieje się ze mną, gdy schłodzę się do wcześniej wspomnianej temperatury.
A co z lodem na powierzchni?
Oczywiście część cieczy zamarznie, tworząc na powierzchni pokrywę lodową. Lód ma niższą gęstość niż ciekła woda, więc będzie wypływać na górę zbiornika i tam pozostanie. Stanowi on też całkiem wydajną izolację utrzymującą wodę pod powierzchnią w optymalnej temperaturze. Choć skute lodem oczko wodne wydaje się jałowym cmentarzyskiem, to pod powierzchnią panują odpowiednie do przetrwania warunki.
Wydaje się więc, że w Pani pracy ważną rolę odgrywa umiejętność skupienia. Zmiany stanów skupienia.
Jest pan pewien, że jest pan człowiekiem?
Co to za pytanie?
Zachowuje się pan jak maszyna zaprogramowana do generowania żenujących żarcików.
Widzę, że prawie osiągnęła Pani stan krytyczny. Pozwolę sobie zadać jeszcze jedno pytanie i kończymy. Czy jest Pani z kosmosu?
Jeśli pan jest z Ziemi, to ja pewnie jestem z kosmosu. A tak na poważnie, to nie wiem. Niektórzy mówią, że na Ziemię przyniosła mnie inna planeta podczas tej samej kolizji, która odpowiada za powstanie Księżyca. Lubię tę teorię, gdyż odczuwam z Księżycem mocną więź. Można ją zaobserwować w postaci pływów oceanicznych.
Co mówią inni?
Są tacy, którzy twierdzą, że pochodzę z międzyplanetarnego gruzu. W trakcie formowania się planet Układ Słoneczny był pełen mniejszych i większych skał. Krążyły one wokół Słońca, czasem zderzając się ze sobą. Powstawały planety, które dzięki sile grawitacji przyciągały do siebie więcej materiału i stawały się coraz większe. Ten gruz mógł zawierać znaczne ilości wody. Czasem już gotowej, a czasem były to zapasy wodoru i tlenu, które – już na powierzchni planety – reagowały ze sobą.
Więc ostatecznie: skąd Pani jest?
Nie wiem. Proszę nie naciskać. Ze mną nie ma żartów. Ta sama woda, która rozmiękcza ziemniak, denaturuje i utwardza jajko.
Nie jestem pewien, czy zrozumiałem, ale na zakończenie zadam Pani zagadkę.
Wiem, że będę tego żałować, ale słucham.
Dlaczego niedźwiedź grizzly nie rozpuszcza się w wodzie?
Bo nie jest polarny.
Zepsuła mi Pani zakończenie programu. Żegnam oschle.
A ja wylewnie.
Czytaj również:
