1.1 Unsur fisik dan kimia air yang unikKunci untuk memahami unsur-unsur unik pada air adalah struktur molekulnya dan sifat

Tarik menarik intermolekuler yang kuat sebagai akibat dari struktur itu sendiri. Air terdiri dari sebuah atom oksigen yang berikatan kovalen dengan dua atom hydrogen. Atom oksigen sangat elektronegatif yang artinya memiliki kecenderungan untuk menarik electron. Salah satu akibat dari elektronegatifan yang kuat ini dapat ditemukan pada molekul air. Oksigen akan membuat electron2 menjauhi hydrogen. Electron yang terbagi membuat ikatan antara H dan O (biasanya) mendekat pada oksigen yang berada di tengah daripada hydrogen. Sebagai akibatnya,atom oksigen membawa peran sebagai parsial negative dan sebagai pasangannya, kedua atom hydrogen berperan sebagai parsial positif. Susunan electron yang asimetris membuat air sebagai molekul yang bersifat polar. Pada dasarnya, air akan tetap sebagai molekul yang netral, namun pemisahan dari parsial negative dan parsial positif menghasilkan sebuah Tarik menarik yang sama besarnya antara molekul air yang berdekatan atau antara sesama air ataupun molekul polar lainnya. Gaya Tarik-menarik antara ikatan hydrogen ini disebut ikatan hydrogen. Energy ikatan hydrogen adalah 20 kj mol-1 . sehingga ikatan hydrogen lebih lemah daripada ikatan ionic ataupun ikatan kovalen, yang ukurannya sekitar ratusan kj mol-1 ,namun lebih kuat daripada yang jaraknya dekat serta bersifat sementara yang dikenal sebagai gaya van der waal (sekita 4 kj mol-1). Ikatan hydrogen paling berperan dalam bermacam sifat unik pada air,jika dibandingkan dengan molekul lain yang besarnya sama.

Sebagai tambahan pada interaksi antara molekul air dengan sesamanya, ikatan hydrogen juga berperan pada gaya Tarik menarik antara air dengan molekul lainnya (permukaan). Salah satu contoh peran dari hydrogen adalah dasar dari bentukan hidrasi dari makromolekul (contoh: protein, asam nukleat dan karbohidrat). Lapisan2 ini terikat dengan rapat dan sebagian besar bersifat seperti air sehingga sering disebut sebagai ikatan air. Diperkirakan ikatan air berjumlah sekitar 30% dari berat molekul protein yang dihidrasi . ikatan air sangat penting untuk stabilitas molekul protein. Ikatan air membatas protein untuk menghindari kedekatan molekul yang jika cukup dekat dapat menyebabkan……..

Ikatan hydrogen yang meskipun merupakan ciri utama dari air, tidak hanya terdapat pada air saja. dia dapat muncul dimanapun asalkan ada sisi tengah yang bersifat elektronegatif. Contohnya saja alcohol, yang memiliki ikatan hydrogen karena adanya –OH dan makromolekul seperti protein dan asam nukleat (hydrogen terikat antara amino (-NH2) dan karbonil (C=O) untuk membantu kestabilan struktur.

1.2 Unsur suhu pada air bersifat penting secara biologisKemungkinan hal yang paling penting dari unsur air adalah air itu sendiri yang

merupakan sebuah cairan yang suhunya paling sesuai dengan kehidupan. Titik didih dan titik lebur biasanya berkaitan dengan ukuran molekul (ketika suhu lebih rendah, molekul akan berukuran lebih kecil). Dari ukuran dasarnya, air diprediksikan hadir lebih dahulu dalam keadaan berupa uap air pada temperature yang terdapat di seluruh permukaan bumi. Meskipun begitu, titik didih dan titik lebur air lebih tinggi daripada yang diprediksikan jika dibandingkan dengan molekul yang ukurannya sama, terutama ammonia (NH3) dan metana (CH4). Molekul seperti amoniak dan hidrokarbon (metana dan etana) tergabung hanya karena gaya van der waals dan

energy relative yang dibutuhkan dapat disebut kecil untuk mengubah keadaannya. Sebagai catatan, pengenalan oksigen yang menaikkan titik didih pada methanol (CH3-OH) dan etanol (CH3CH2OH) yang hampir mendekati titik didih air. Ini dikarenakan kehadiran oksigen yang menyebabkan pelaritas dan pemicu adanya bentuk ikatan hydrogen.

1.2.1 air memiliki kapasitas termal yang unik

Istilah ‘panas khusus’ digunakan untuk menyebutkan kapasitas termal dari sebuah substansi ataupun sejumlah energy yang bisa diserap untuk menaikkan suhu. Panas khusus untuk air adalah 4.184 J g−1 ◦C−1, yang lebih tinggi daripada substansi lain kecuali amoniak cair. Karena susunan strukturnya yang tertata rapi, air dalam bentuk cair juga memiliki konduktivitas suhu yang tinggi. Artinya air dapat dengan cepat menyalurkan panas dari satu tempat ke tempat lain. Kombinasi dari panas khusus yang tinggi dan konduktivitas termal membuat air dapat menyerap dan menyalurkan energy panas yang banyak tanpa kenaikan suhu yang tinggi sebagai akibatnya. Untuk jaringan tanaman yang sebagian terdiri dari air, sifat ini mencegah kenaikan suhu standar air. Panas yang berlebihan pada sebuah sel yang dikarenakan reaksi kimia harus dihindari karena panas tersebut dapat dikeluarkan dengan cepat melalui perantara bagian dalam sel. Sebagai tambahan, panas yang berlebihan bisa mengubah keadaan dalam sel tanpa perlu perubahan suhu yang ekstrim di dalam sel.

1.2.2 air memiliki suhu tinggi dalam pencampuran dan dalam penguapan

Energy dibutuhkan untuk peralihan keadaan dari sebuah substansi, contohnya saja dari padat ke cair ataupun cair ke gas, tanpa perubahan temperature. Energy yang dibutuhkan untuk mengubah sebuah substansi dari padat ke cair disebut sebagai heat fusion (air: 335 J g−1) yang berarti dibutuhkan 335 joule energy untuk mengubah 1 gram es ke 1 gram air dengan suhu 0 derajat selsius. Hal ini membuktikan pada dasar penentuan molar, heat fusion dari adalah 6,0 kJ mol-1 (18 gram air per mol x 335 Jg-1). Heat fusion dari air adalah yang paling tinggi saat ini yang telah diketahui, terdapat pada nomor dua setelah amoniak. Heat fusion dari air digunakan untuk banyaknya energy yang dibutuhkan untuk menghasilkan gaya intermolecular yang diasosiasikan dengan ikatan hydrogen.

Density dari air adalah salah satu dari unsur2 yang penting. Pada suhu 0 derajat celcius, density dari es lebih rendah daripada air es. Lalu air sendiri yang tidak seperti substansi lain mencapai density maksimal pada keadaan cair (suhu mendekati 4 derajat selsius) jika dibandingkan dengan keadaan padat. Hal ini terjadi karena molekul pada kedaan cair bisa bertumpuk-tumpuk dengan lebih rapat dibandingkan es yang dalam bentuk Kristal. Biasanya, es mengambang di atas permukaan air danau dan kolam daripada tenggelam di dasarnya. Hal ini berkaitan dengan kehidupan hewan air yang berada di sekitarnya.

Seperti ikatan hydrogen yang meningkatkan jumlah energy yang diperlukan untuk meleburkan untuk mencairkan es, hal yang sama juga terjadi dalam menguapkan air. Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air, atau energy yang dibutuhkan untuk mengubah satu mol air dalam bentuk cair untuk satu mol uap air adalah sekitar 44 kJ mol -1 pada suhu 25 derajat selsius. Karena energy ada yang terserap oleh daerah sekitarnya,jumlah panas untuk penguapan pada efek pendinginan akan ditambahkan pada penguapan. Penguapan dari permukaan yang basah mendinginkan permukaannya karena molekul energy terlepas dari permukaan, meninggalkan molekul energy yang lebih rendah. Sebagai haslnya, tumbuhan dapat kehilangan panasnya seiring dengan air yang menguap dari permukaan sel daun. Mekanisme pelepasan panas bersifat penting untuk pertukaran suhu di dalam

daun pada tanaman di bumi pada umumnya karena tanaman tersebut sering terpapar sinar matahari dengan jumlah yang tinggi.

1.3 Air adalah pelarut universalAir merupakan pelarut yang baik dikarenakan sifat polaritasnya yang tinggi pada

molekulnya. Air memiliki kemampuan untuk menetralisir gay listrik yang Tarik menarik antara molekul yang dapat larut ataupun ion2 dengan daerah sekitar ion/molekul yang terdiri dari beberapa lapis dari molekul air (hydration shell) yang melakukan pelarutan dengna mengurangi kemungkinan ion untuk bergabung kembali dan membentuk struktur Kristal.Polaritas dari sebuah molekul bisa diukur dengan sebuah satuan yang disebut dielectric constant. Air dikenal sebagai salah satu substansi yang memiliki dielectric constant yang cukup tinggi. Pada alcohol, dielectric constant-nya terbilang rendah, dan cairan organic non-polar seperti benzene dan hexane termasuk dalam kategori sangat rendah. Maka air adalah pelarut yang baik pada ion ataupun molekul, yang akan terlarut dengan sulit pada Ciaran organis yang bersifat non-polar. Hal ini berlaku pada zat-zat yang dibutuhkan oleh tumbuhan. Disisi lain, ketetapan dielectric yang rendah dari molekul non-polar memberikan bukti kenapa larutan tidak melewati bagian yang didominasi oleh non-polar, bagian lipid yang hidrofobik dari membrane sel.

1.4 Sifat polaritas dari molekul air menghasilkan peristiwa adhesi dan kohesi

Kuatnya Tarik menarik antara molekul2 air yang diakibatkan oleh ikatan hydrogen disebut juga sebagai kohesi. Salah satu akibat dari kohesi itu sendiri adalah tekanan permukaan yang sangat tinggi, yang dibuktikan antara air dan udara. Kenaikan tekanan permukaan dikarenakan gaya kohesi antar molekul air lebih kuat daripada kohesi pada air dan udara. Hasilnya adalah molekul air yang berada di permukaan akan terus tertarik pada kumpulan air yang berada di bawahnya. Bagian permukaan akan cenderung bersentuhan dan bersifat bak membrane elastis. Tekanan permukaan yang tinggi merupakan alasan kenapa air menetes membentuk bulatan ataupun permukaan air yang menopang berat seranga2 kecil.

Kohesi menyebabkan tingginya kerengangan pada air yang cukup kuat. Kekuatan perenggangannya merupakan ketegangan maksimum pada celah yang tidak dihalangi oleh benda lain yang bisa bertahan tanpa kerusakan. Kekuatan perengangan biasanya digunakan pada logam namun pada keadaan yang cocok,l celah pada air dapat bertahan dari tensi yang sangat tinggi- dengan ukuran 30 megapaskal.

Gaya yang sama yang dapat menarik molekul air satu sama lain juga dapat memunculkan gaya Tarik menarik antara air dengna benda padat yang disebut sebagai adesi. Adeshi adalah factor yang berpengaruh pada cembungnya air di dalam tabung yang berdiameter kecil.

Kombinasi unsur-unsur antara kohesi, adesi dan kekuatan Tarik menarik dapat membuktikan kenapa air membentuk cembung pada tabung kapiler dan berperan penting dalam celah air dalam tanaman. Kohesi, adhesi dan kekuatan tarikan akan didiskusikan pada bab 2.