Foto: Scheikunde in bedrijf, Robert Grossman in The New Yorker 1962
In 2013 waarschuwden twee radiopresentatoren in Florida voor de stof diwaterstofmonoxide die op dat moment uit de kraan kwam. Het spul is een belangrijke component van zure regen, versnelt roestvorming, wordt gebruikt als blusmiddel en is in grote hoeveelheden giftig.
Dat zorgde voor paniek bij de luisteraars, die daarop het waterleidingbedrijf platbelden. De naam van de stof geeft aan dat het bestaat uit twee (di) waterstofatomen en een (mono) zuurstof (oxide) atoom. Het gaat dus om H2O oftewel water. Het bleek een 1 april-grap te zijn waarvan niet iedereen de humor inzag. De presentatoren werden een aantal dagen geschorst.
Het valt niet direct op, maar het alledaagse water uit de kraan is een unieke vloeistof. Haar bijzondere eigenschappen zorgen ervoor dat water essentieel is voor alle levende organismen op aarde. Dit terwijl water geen calorieën of voedingsstoffen bevat.
Water dient als oplosmiddel waarin alle biochemische reacties plaatsvinden en neemt ook deel aan veel van deze reacties. Ook is de vloeistof het belangrijkste bouwmateriaal. Organismen bestaan voor minstens vijftig procent uit water en kwallen zelfs voor 98 procent. Ook dient het als transportmiddel voor nutriënten en afvalstoffen.
In tegenstelling tot de meeste andere stoffen heeft de vaste toestand van water (ijs) een lagere dichtheid dan de vloeibare vorm. Daardoor drijft ijs op water en vormt een isolerende laag tussen de koude lucht en het water. Hierdoor blijf het water onder het ijs vloeibaar. Zou een waterplas helemaal tot op de bodem bevriezen, dan heeft dat desastreuze gevolgen voor de daar levende organismen.
Polaire stof
Ook bijzonder is dat water relatief langzaam opwarmt en afkoelt. Hierdoor hebben grote watermassa’s, zoals zeeën, een relatief constante temperatuur en een matigend effect op het klimaat. Dat is ideaal voor leven, dat het best gedijt bij stabiele omstandigheden.
Veel van de bijzondere eigenschappen van water worden verklaard doordat water een zogenoemde polaire stof is. Hoewel een watermolecuul in zijn geheel een neutrale elektrische lading heeft, is het aan de ene kant positief en aan de andere kant negatief geladen. Hierdoor trekken watermoleculen elkaar onderling aan. Dat is goed te zien bij pogingen om water te mengen met apolaire stoffen die geen duidelijke ladingsverdeling hebben, bijvoorbeeld olie. De watermoleculen klitten samen en verdringen de oliemoleculen uit hun midden. Olie en water mengen daardoor slecht. Water mengt meestal wel goed met andere polaire stoffen, zoals alcohol.
Bij de productie van eiwitten speelt dit verschijnsel een belangrijke rol. Eiwitten vervullen essentiële functies in organismen. Het zijn grote moleculen die gevouwen worden in driedimensionale structuren. De juiste vorm is cruciaal voor het goed functioneren van eiwitten. Sommige delen van het eiwitmolecuul zijn polair en andere delen apolair. Doordat de productie van eiwitten plaatsvindt in een waterige omgeving in de lichaamscellen, worden de polaire stukken aangetrokken door watermoleculen en de polaire delen verdrongen. De apolaire stukken komen zo aan de binnenkant van het eiwitmolecuul te liggen, afgeschermd van de watermoleculen door de polaire delen van het eiwit. Dat bepaalt mede de structuur van een eiwit.
Ammoniak?
Hoewel water doorzichtig is, gaat er een hele wereld achter schuil. Omdat het cruciaal is voor leven zoals wij dat kennen, speculeren wetenschappers over levensvormen gebaseerd op een alternatief voor water, bijvoorbeeld ammoniak. Dit is ook een polair oplosmiddel, maar alleen vloeibaar bij lage temperaturen of hoge drukken en het mist een aantal belangrijke eigenschappen van water. Daarom staan bij de zoektocht naar buitenaards leven vooral planeten die mogelijk vloeibaar diwaterstofmonoxide herbergen in de belangstelling. Waar water is, is wellicht leven.
Gepubliceerd in dagblad Trouw op 19 februari 2019
Overzicht van alle columns