Вода является хорошим растворителем

Вода — универсальный растворитель

12345678910

Тема: Вода питьевая.

Физико-химический анализ воды.

Методы кондиционирования

Значение воды

Экологические проблемы водной среды

Гидросфера – элемент биосферы –прерывистая оболочка Земли, состоящая из океанов, морей, континентальных (поверхностных и подземных ) вод и ледников.

Значение воды для обеспечения жизнедеятельности человека заключено в том, что она участвует в круговороте веществ в природе.

Вода является мощным регулятором глобальных климатических процессов, поглощая тепловой энергии в 3300 раз больше чем воздух и медленно ее отдавая.

Одним из основных свойств воды как компонента природной среды является ее незаменимость в отличие от других минерально-сырьевых ресурсов. Например, каменный уголь заменяется нефтью, нефть — газом, взаимозаменимы и многие металлы.

Гидросфера — свидетельство термической эволюции Земли, поскольку вода может находиться в трех различных состояниях — жидком, твердом и газообразном.

Основная часть вод гидросферы находится в Мировом океане, который является замыкающим звеном круговорота воды в природе, отдавая испаряющуюся часть влаги в атмосферу. Кроме того, Мировой океан представляет собой коллектор речных вод суши, с которыми в него ежегодно сливаются миллиарды тонн жидких и твердых отходов. Среди них первое место занимает нефть, попадающая в океан с судов, морских промыслов нефти, в результате многочисленных аварий танкеров и не-фтетрубопроводов. Попадание нефти ведет к образованию на поверхности открытых водоемов тонкой пленки, препятствующей естественному газообмену между водами Мирового океана и атмосферой, что ведет к гибели морских обитателей, в том числе водорослей и планктона, вырабатывающих кислород. По мнению Жака Ива Кусто, именно моря и океаны — основные легкие планеты, так как кислород в атмосфере на 60 % пополняется из растений Мирового океана и только на 40 % из растений суши.

Следствием нефтяного загрязнения Мирового океана является размножение одноклеточной золотистой водоросли, которая в процессе жизнедеятельности поглощает кислород и выделяет углекислоту. Опасность этой водоросли заключается в ее чрезвычайной плодовитости: ее пояс достигает 10 км в ширину и 35 м в толщину. Перемещаясь со скоростью 25 км в день, она уничтожает все живое в океане. Подобные явления отмечены в Северном море и на южном побережье Скандинавии. Загрязнение вод Мирового океана опасно не только сокращением используемых человеком продуктов моря, но и заражением их токсичными веществами: например ртутью, пестицидами, минеральными удобрениями и другими химическими веществами и соединениями, опасность которых для человека пока не изучена.

В ближайшем будущем человечеству угрожает водный кризис в виде нехватки чистой пресной воды. Имеющейся пресной воды вполне бы хватило и сейчас, и в будущем, если бы человек не загрязнял ее, делая непригодной не только для питья, но и вообще для жизни всех обитателей водоемов и рек. Известно, что в среднем в мире для бытового водоснабжения расходуется 30 м3 воды на человека в год, из которых около 1 м3 предназначено для питья. Основными потребителями воды являются промышленность и сельское хозяйство, использующие ее в огромных количествах, но возвращающих ее после использования в загрязненном виде.

Гигиенические проблемы

Вода в жизни человека имеет разнообразное значение: физиологическое, санитарно-гигиеническое, народно-хозяйственное, рекреационное и эстетическое.

Ф.Ф. Эрисман, отмечая высокое физиологическое значение воды, поставил ее на одно место с атмосферным воздухом.

Согласно теории известного российского ученого А.И. Опарина жизнь на планете возникла в водной среде. Без воды жизнь немыслима: все биохимические реакции и биологические процессы в растениях, у животных, у человека происходят при участии воды.

Физиологическое значение воды заключается в том, что организм человека на 63—65 % состоит из воды, представляющей собой внутреннюю среду, в которой протекают все обменные процессы. Она составляет основную часть жидких сред организма — крови, лимфы, тканевых жидкостей, секретов пищеварительных и других желез, являясь и составной частью плотных тканей организма: в зубной эмали- 0,2%, кости – 22%, вещество мозга – 70%, серое в-во мозга – 86%, стекловидное тело – 99% Потеря 10 % воды приводит к резкому беспокойству, жажде, слабости, тремору конечностей, а потеря 20—25 % несовместима с жизнью.

Вода — универсальный растворитель.

Она обладает уникальной способностью разрывать практически все виды молекулярных и межмолекулярных связей и образовывать растворы. Это обусловливает большое разнообразие состава природных вод (состав пород, образующих подземные горизонты) так и техногенных (сброс промышленных СВ, выбросы в АВ, аварии танкеров и т.д.)

Из-за ассиметрии расположения атомов молекула воды является диполем, что во многом определяет ее особое поведение: так при 200С диэлектроическая постоянная воды равна 81. Это значит, что два противоположных эл. заряда притягиваются с силой, равной 1/80 их взаимодействия в воздухе, и что отделение ионов от кристаллов какой-либо соли происходит в воде в 80 раз легче, чем в воздухе.

Вода:

— транспортирует большой перечень химических веществ: макроэлементов (Са, Мg, К и др.), микроэлементов (Fe , Cu, Zn, Cr, I. P , др.)

-выводит токсичные в-ва из организма

— участвует в терморегуляции организма.

Известно, что без приема воды человек может обходиться в среднем около 5 дней. Для того чтобы жизнедеятельность организма протекала нормально, человек должен ежедневно получать определенное количество доброкачественной питьевой воды.

Для поддержания физиологических потребностей организма требуется 1,5—2,0 л воды в сутки, причем в это количество включается вода, входящая в состав первых и третьих блюд. При тяжелой работе и в условиях повышенной температуры воздуха (жаркий климат, жаркая погода, горячие цеха) потребность в воде возрастает до 10—12 л в сутки для облегчения процессов терморегуляции.

Значительно большие количества воды требуются человеку для удовлетворения санитарно-гигиенических потребностей, состоящих в поддержании чистоты тела, белья, жилища, для закаливания с помощью водных процедур, поливки улиц и площадей, приготовления пищи.

Нормы суточного водопотребления складываются из удовлетворения физиологических и санитарно-гигиенических потребностей человека в воде в зависимости от степени благоустройства населенного пункта (табл. 2)

Вода растворитель: что такое раствор и как это происходит

Каждый живой организм на Земле состоит из воды более, чем наполовину. На самой планете 70% поверхности занимает Мировой океан. И эта цифра не включает источники рек, озер, подземных вод и льда. Вода необходима для нормальной жизнедеятельности человека, животных и растений. При этом ее природный круговорот позволяет говорить о неисчерпаемости ресурса. Однако современные ученые всерьез озабочены проблемой загрязнения питьевой воды. Проводятся многочисленные опыты с целью получить идеально чистую воду. К сожалению, даже полученная дистиллированная вода при открывании сосуда сразу же превращается в раствор, вбирая в себя газы из атмосферы и мельчайшую пыль, содержащуюся в воздухе.

Казалось бы, что может быть загадочного в этом веществе? Однако ее физические и химические свойства не дают покоя великим умам уже много десятилетий. Способность пребывать в трех агрегатных состояниях, дезинфицировать или заряжать энергией, закипать при 100 градусах и замерзать при 0, отлично проводит электричество и почти не проводит тепло, но одна из самых удивительных ее способностей – растворять в себе практически любые элементы, то есть вода представляет универсальный растворитель.

О том, каково значение воды, как растворителя, лучше всего расскажет функция, которую она выполняет в живых существах. Вода, составляющая значительную часть внутренних условий организмов, участвует в протекании всасывания и перемещения питательных веществ или продуктов распада. При окислении глюкозы вода становится конечным элементов ее распада с выделением большого количества энергии, необходимой для совершения каких-либо действий.

В организме человека содержится около 20 аминокислот, которые принимают участие в процессе метаболизма. Эти аминокислоты растворимы в воде по-разному. Например, являющиеся солями обладают хорошей растворимостью, такой раствор имеет нейтральную реакцию.

Что такое раствор

По определению раствором является однородная смесь, в которой присутствуют молекулы растворителя и растворяемого вещества. При их взаимодействии возникают химические и физические процессы.

Растворы могут находится в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. По количеству растворяемого вещества выделяют концентрированные и разбавленные системы. Существует еще одна классификация растворов, зависящая от долей субстанции, которые растворяются в воде: ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные.

Как это происходит

Как происходит растворение веществ в воде можно рассмотреть на кулинарном примере. Соль, высыпанная в кипящую воду, тает быстро, тогда как специя, помещенная в воду с комнатной температурой, поддается растворению с трудом. Химическая наука объясняет это тем, что при попадании в жидкость верхние молекулы соляных кристаллов образуют водородные связи с молекулами воды, причем на 1 молекулу растворяемого вещества приходится несколько частиц растворителя. Тепловое движение ускоряет этот процесс.

Подобным же образом происходит растворение других веществ, если они обладают каким-либо цветом, жидкость вберет его в себя, вот почему мутнеет вода – от растворенных в ней непрозрачных веществ.

Какие вещества растворяются в воде, а какие нет

В большинстве случаев растворимость веществ в воде очень хорошая. В идеально чистой на вид жидкости растворены атмосферные газы: азот, аргон, углекислота, азот и другие. В водах Мирового океана по данным ученых содержится почти более 80 химических элементов периодической таблицы, включая некоторые радиоактивные. Среди них называют бром, калий, натрий, хлор, магний, сера, кальций, углерод, стронций, бор и даже золото!

Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными, то есть теми, что «любят» жидкость. Хлорид натрия, или кухонная соль, сахар, крахмал, сода, сок из вишни – примеры субстанций, которые нельзя отделить из раствора с помощью фильтра. Кроме твердых и жидких веществ в воде могут растворяться газы: хлористый водород или аммиак.

Довольно легко определить, какие вещества не растворяются в воде из личного опыта. Среди них можно назвать песок, глину, цемент, стекло, драгоценные и обычные металлы, жидкости – растительное масло и керосин, некоторые инертные газы. Такие материи носят название гидрофобных.

Между двумя полюсами располагается «золотая середина» – субстанции малорастворимые: гипс, бертолетова соль, сульфаты, бензол и некоторые другие.

Во время растворения кристаллогидратов в воде происходит выделение тепла. Объясняется это тем, что на первом этапе взаимодействия материй образуются новые связи, но, когда начинается разрушение кристалла, эта энергия используется для разрывания молекулярных соединений. Таким образом, в зависимости от того, на каком этапе нужно больше энергии, раствор на выходе может или нагреться, или, наоборот, остыть. Обычно изменение температуры проходит без видимых признаков из-за малого количества опытных образцов, но в некоторых случаях эффект заметен без измерительного прибора: вода закипает или сосуд покрывается холодными капельками.

Вода считается полярным растворителем поскольку обладает следующими положительными характеристиками:

  • высокой диэлектрической проницаемостью, когда в растворе противоположно заряженные ионы притягиваются в 78 раз меньше;
  • образует водородные соединения;
  • обладает высокой температурой кипения.

Вода, как растворитель имеет важное значение не только в природе, но и в организмах живых существ и органах растений. Совершая свое движение в природе, как в кровеносной системе, жидкость участвует в процессе растворения и распределения необходимых для роста и развития веществ и газов. Без нее не было бы жизни на земле, она играет роль в химико-физических процессах практически в любой области жизнедеятельности. Поэтому понятен интерес ученых к ее удивительным свойствам и их стремление создать идеально чистую воду.

Выберите один правильный ответ

Выберите один правильный ответ

К макроэлементам относятся элементы:

а) Fe, Cu, Cl, Mg; в) O, N, H, C;

б) Ni, Zn, P, I; г) O, Cu, P, I

2. К микроэлементам относятся элементы:

а) Fe, Cu, Cl, Mg; в) Zn, Cu, Cо, Mn;

б) O, N, H, C; г) H, C, Fe, Cu

Вода обладает способностью растворять полярные вещества полярны, потому что:

а) содержит ионы;

б) молекулы воды;

в) атомы в молекулах воды соединены ионными связями;

г) атомы в молекулах воды соединены ковалентными связями

Какие ионы обеспечивают проницаемость клеточных мембран?

а) Na+, Ca2+, K+; в) HCO3-, CO32-

б) SO42-, Cl-, г) HPO42-, PO43-

Молекулы жиров образуются из:

а) глицерина и высших карбоновых кислот;

б) аминокислот и воды;

в) глюкозы;

г) этилового спирта и высших карбоновых кислот

Моносахартд, в молекуле которого содержится пять атомов углерода:

а) глюкоза; б) фруктоза; в) галактоза; г) дезоксирибоза

Углеводы НЕ выполняют в клетке функцию:

а) структурную; в) энергетическую;

б) резервную; г) передачи информации

Мономерами нуклеиновых кислот являются:

а) жирные кислоты; в) нуклеотиды;

б) моносахариды; г) аминокислоты

Не имеют полимерных соединений органические вещества:

а) углеводы; в) нуклеиновые кислоты;

б) липиды; г) белки

В составе ДНК НЕ встречается нуклеотид:

а) АМФ (аденозинмонофосфат); в) ЦМФ (цитидинмонофосфат);

б) ГМФ (гуанозинмонофосфат); г) УМФ (урацилмонофосфат)

Химическая связь, соединяющая остатки глицерина и высших карбоновых кислот в молекуле жира:

а) ковалентная полярная; в) ионная;

б) ковалентная неполярная; г) водородная

Процесс синтеза молекул и-РНК — это

а) транскрипция; в) транслокация;

б) трансляция; г) трансформация

Моносахарид, в молекуле которого содержится шесть атомов углерода:

а) рибоза; в) лактоза;

б) фруктоза; г) дезоксирибоза

Химическая связь, соединяющая моносахаридные звенья в дисахаридах и полисахаридах:

а) ковалентная полярная; в) ионная;

б) ковалентная неполярная; г) водородная

Липиды НЕ выполняют в клетке функцию:

а) структурную; в) энергетическую;

б) участие в теплообмене; г) информационную

Мономерами белков являются:

а) моносахариды; в) нуклеотиды;

б) жирные кислоты; г) аминокислоты

Мономером крахмала и целлюлозы является:

а) глюкоза; в) нуклеотид;

б) глицерин; г) аминокислоты

17. В составе РНК НЕ встречается:

а) ТМФ (тимидинмонофосфат); в) ЦМФ (цитидинмонофосфат);

б) ГМФ (гуанрзинмонофосфат); г) АМФ (аденозинмонофосфат)

Процесс сборки полипептидной молекулы на матрице и-РНК в рибосоме:

а) транскрипция; в) транслокация;

б) трансляция; г) трансформация

В молекуле ДНК по принципу комплементарности аденин связан двумя

водородными связями связан с:

а) урацилом; б) цитозином; в) Тимином; г) гуанином

Для вторичной структуры белковой молекулы характерно образование:

а) последовательности аминокислот в полипептидной цепи;

б) спирали;

в) глобулы;

г) двойной спирали

Клеточной стенке каких организмов прочность придает хитин?

а) бактерий; б) растений; в) грибов; г) животных

В каких органоидах клетки осуществляется синтез белков?

а) в митохондриях; в) на гладком эндоплазматическом ретикулуме;

б) в пластидах; г) на рибосомах

Молекулы какого вещества способны к репликации?

а) и-РНК; б) т-РНК; в) р-РНК; г) ДНК

24. Какие органические соединения выполняют функцию биокатализаторов?

а) нуклеиновые кислоты; в) белки;

б) липиды; г) углеводы

Для первичной структуры белковой молекулы характерно образование:

а) последовательности аминокислот в полипептидной цепи;

б) спирали;

в) глобулы;

г) двойной спирали

Какой мономер, входящий в состав сложных органических соединений, изображен на рисунке?

а) аминокислота; б) ген; в) глюкоза; г) нуклеотид

Какую функцию выполняют ферменты?

а) защитную; в) энергетическую;

б) каталитическую; г) структурную

Какое из перечисленных органических соединений является биополимером:

а) крахмал; б) глицерин; в) нуклеотид; г) глюкоза

Схема строения какого органического вещества изображена на рисунке?

а) и-РНК;

б) ДНК;

в) белок;

г) т-РНК

Для третичной структуры белковой молекулы характерно образование:

а) последовательности аминокислот в полипептидной цепи;

б) спирали;

в) глобулы;

г) двойной спирали

В чем состоит отличие биокатализатора от неорганических катализаторов?

а) обладают строгой специфичностью;

б) действует при высоких температурах;

в) универсальны (катализируют множество реакций);

г) скорость реакций изменяют незначительно

Какие химические связи возникают в молекуле ДНК между нуклеотидами?

а) ковалентные; в) ионные;

б) водородные; г) пептидные

Схема строения какого органического вещества изображена на рисунке?

а) ДНК;

б) и-РНК;

в) т-РНК;

г) белок

Какая структура белка изображена на схеме?

а) первичная;

б) вторичная;

в) третичная;

г) четвертичная

Какие связи образуются между аминокислотами в молекуле белка?

а) ионные; б) пептидные; в) водородные; г) ковалентные неполярные

Нуклеотид состоит из:

а) глицерина и высших карбоновых кислот;

б) азотистых оснований;

в) сахара; фосфатной группы и циклического азотсодержащего соединения;

г) сахаро-фосфатного состава

Выберите три правильных ответа

1. Укажите функции, которые НЕ выполняет вода клетке

а) служит источником энергии;

б) переносит информацию;

в) растворяет полярные вещества;

г) растворяет неполярные вещества;

д) участвует в биохимических процессах;

е) поддерживает осматическое давление

2. Сложные органические соединения липидной природы:

а) рибонуклеотиды; г) тестостерон;

б) полипептиды; д) аденозинтрифосфат;

в) желчные кислоты; е) холестерин

3. В состав нуклеотидов рибонуклеиновой кислоты входят:

а) азотистое основание аденин;

б) азотистое основание тимин;

в) углевод дезоксирибоза;

г) углевод рибоза;

д) остаток фосфорной кислоты;

е) аминогруппа

4. Для нуклеотидов дезоксирибонуклеиновой кислоты характерны:

а) азотистое основание аденин;

б) азотистое основание урацил;

в) углевод дезоксирибоза;

г) углевод рибоза;

д) остаток фосфорной кислоты;

е) аминогруппа

5. Каковы функции углеводов в клетке?

а) энергетическая; г) ферментативная;

б) строительная; д) сократительная;

в) запасающая; е) растворитель

6. Каковы функции липидов в клетке?

а) транспортная; г) запасающая;

б) структурная; д) энергетическая;

в) информационная; е) каталитическая

Подберите соответствия

Функции воды, присутствующей в клетке в различных формах.

А. Свободная вода _____________________

Б. Связанная вода ______________________

1. Образует гидратные оболочки

2. Растворитель полярных веществ

3. Участвует в химических реакциях

4. Входит в структуру различных органоидов

5. Участвует в теплообмене

6. Образует коллоидные растворы

Разновидности моносахаридов (в зависимости от числа атомов углерода в молекуле)

А. Пентозы ____________________

Б. Гексозы ____________________

Глюкоза 2. Рибоза 3. Дезоксирибоза 4. Фруктоза

3. Разновидности углеводов

А. Моносахариды _______________________

Б. Дисахариды __________________________

В. Полисахариды ________________________

Хитин 4. Гликоген 7. Целлюлоза 10. Фруктоза Мальтоза 5. Лактоза 8. Дезоксирибоза 11. Галктоза Глюкоза 6. Рибоза 9. Сахароза Нуклеиновые кислоты и их свойства

А. ДНК _________________________

Б. РНК __________________________

Двухцепочечная Разнообразная пространственная структура Структурный компонент хромосом Одноцепочечная Содержится в рибосомах Транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка Высокая химическая стабильность Функции белков и нуклеиновых кислот

А. Белки и аминокислоты _________________________

Б. Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды ____________________

Каталитическая Хранение генетической информации Перенос генетической информации Защитная Сократительная Рецепторная

Решите задачу

1. По фрагменту цепи ДНК — А – А – А – Ц – Г – Т – Т – Ц – Ц – Т – А – Г –

а) составьте фрагмент второй цепи ДНК;

б) составьте фрагмент цепи и-РНК;

в) определите, сколько аминокислот закодировано на данном фрагменте;

г) составьте кодоны молекул т-РНК

Молекула белка состоит из 525 аминокислот. Сколькими нуклеотидами закодирован данный белок на молекуле ДНК?

3. Сколько аминокислот входит в состав белка, если он закодирован на и-РНК 1500 нуклеотидами?

Вода как растворитель играет предельно важную роль далеко не только в плане нашего быта. Исследователи давно говорят, что данное волшебное соединение является основой для образования жизни вообще. И именно поэтому его наличие выступает обязательным условием для существования чего-то более сложного, нежели неживая природа.

Растворимость тех или иных химических элементов напрямую связана с существованием воды, так как она чаще всего выступает той средой, которая преобразует все вокруг себя и создает новые формы органической и неорганической материи.

Человек примерно на 70% состоит из воды (имеется ввиду кровь, межклеточная жидкость, плазма крови и прочие вещества), у большинства других существ этот показатель колеблется от 50 до 95%. Очевидно, что свойства данного соединения оказывают решающую роль на происходящие вокруг нас и внутри нас процессы синтеза, регенерации и многие другие.

Это универсальный растворитель, который буквально формирует окружающий мир, постоянно преображает и обновляет его!

Свойства воды как растворителя

Вода – сложное вещество, отличающееся многими уникальными характеристиками, которые нельзя встретить больше нигде.

Она способна растворить большую часть существующих в природе комплексных соединений, содержащих в своей структуре молекулы как с положительными, так и отрицательными ионами одновременно.

При проведении так называемых кинетических исследований все растворы также изготавливаются на основе H2O.

Яркий пример особенности воды – при схожести по своей структуре с метаном CH4, она имеет температуру кипения выше на целых 2500С!

Важную роль играет также ее способность выступать одновременно либо донором, либо акцептором частиц водорода, благодаря чему проходят многие химические процессы. Химия говорит нам еще и о том, что вода выступает идеальным растворителем для диссоциирующих соединений.

Интересно отметить, что по причине высокого уровня диэлектрической проницаемости, вода отлично экранирует электрические поля ионов друг от друга. Благодаря этому притяжение противоположно заряженных частиц в воде снижается примерно в 80 раз.

Какие вещества растворяются в воде

Даже если школьник ходит только в 3 класс, он наверняка может привести примеры материалов, которые боятся контакта с водой, или, другими словами, растворяются в ней и теряют свои свойства.

Вот перечень только некоторых веществ такого типа:

  1. К хорошо растворимым относятся: соль, сахар, сода, хлориды, щелочные металлы и нитраты, а также бромиды. Воздух также претерпевает изменения при контакте с жидкой средой. Крахмал полностью растворим, спирт тоже.

  2. К средней степени взаимодействия относятся: бертолетова соль, метан, гипс, кислород, азот, другие химические элементы, например, сульфаты, некоторые газообразные вещества.

  3. Есть и такие материалы, которые являются нерастворимыми: сульфид меди, стекло, золото, керосин, серебро, растительный жир и многие другие. Правда, при некоторых условиях даже они не способны устоять от такого мощного воздействия.

В организме человека есть целая группа витаминов (С, В1, 2, 3(РР), В12 и другие), которые способны оказывать свое положительное воздействие на здоровье только в контакте с H2O. Это касается также и фолиевой кислоты, биотина и т. д.

Что не растворяется в воде

Существуют такие химические образования, которые не воспринимают воздействия воды в качестве растворителя совсем.

Хороший пример: углерод С, который находится в простом карандаше, многие металлы и сплавы, типа алюминия, а также золото, серебро, медь.

Такая ситуация складывается благодаря тому, что между молекулами и атомами нерастворимых веществ действуют сильные связи, которые водород разрушить не в состоянии. Полярное состояние молекулы также способствует большей прочности материала, который состоит из таких частиц.

Многие вещи, которые мы видим вокруг себя в быту, также являются нерастворимыми. Очень популярный пример – пластик.

В мировом океане плавает огромное пятно из пластикового мусора, которое ежегодно растет, и количество пластмассы там совершенно не желает уменьшаться естественным путем. Его не могут никак переработать, что очень плохо для всей экосистемы.

Именно поэтому экологи бьют тревогу и в ЕС уже сейчас планируется отказ от целлофановых пакетов, пластиковых стаканчиков и трубочек и тому подобные меры.

Значение воды как растворителя

Как уже упоминалось в начале статьи, рассматриваемые свойства воды являются ключевыми для всей живой и неживой природы нашей планеты.

Если бы она не обладала этими характеристиками, то большинство химических процессов на Земле, в живых организмах, в органической природе бы просто остановилось. Картинка такого мира была бы очень неутешительна – темная пустыня без признаков жизни.

Роль воды настолько огромна, что именно ее определение в далеких планетах и галактиках является для астрономов основным занятием в надежде когда-то отыскать там если не разумное существование, то хотя бы зачатки жизни.

Вода — одно из самых распространенных соединений на Земле. Она есть не только в реках и морях; во всех живых организмах тоже присутствует вода. Без нее невозможна жизнь. Вода — хороший растворитель (в ней легко растворяются разные вещества). Кровь животных и сок растений состоят преимущественно из воды. Вода существует вечно; она постоянно переходит из почвы в атмосферу и организмы и обратно. Более 70% земной поверхности покрыто водой.

Что такое вода

Вода — это химическое соединение. Молекула воды состоит из двух атомов водо­рода и связанного с ними атома кислорода.

Химическая формула воды — Н2О, оксид водорода. При сгорании во­дорода в воздухе образуется вода. Чистая, т.е. не содержащая примесей вода закипает при 100°С и замерзает при 0°С. Наличие растворенных в ней примесей влияет на температуру кипения и замерзания. Измерение температуры кипения — один из способов определить, есть ли в воде примеси. При кипении воды образуется газ — водяной пар. Кристаллизуясь, вода образует лед. В отличие от других веществ при замерзании вода расширяется, так что вода плотнее льда. Поэтому лед плавает на поверхности воды. Лед не тонет, потому что он менее плотный, чем вода. Благодаря этому рыбы и другие животные могут жить в арктических водах подо льдом. Живущие в полярных областях животные (например, тюлени) ныряют под плавающую в океане льдину и в воде добывают себе пищу — рыб и других морских животных (см. статью «Жизнь в океанах»).

Круговорот воды

Вода рек, морей, озер постоянно испаряется, превращаясь в мельчайшие капли водяного пара. Капли собираются вместе, образуя облака, из которых вода проливается на землю в виде дождя. В этом состоит круговорот воды в природе. В облаках пар охлаждаемся и возвращается на землю в виде дождя, снега или града. Сточные воды из канализации и с заводов очищаются и затем сбрасываются в море.

Водонапорная станция

Речная вода обязательно содержит при­меси, поэтому ее необходимо очищать. Вода поступает в водохранилища, где отстаивается и твердые частицы оседают на дно. Затем вода проходит через фильтры, задерживающие оставшиеся твердые частицы. Вода просачивается через слои чистого гравия, песка или активированного угля, где она очищается от грязи и твердых примесей. После фильтрации воду обрабатывают хлором, чтобы убить болезнетворные бактерии, после чего закачивают ее в резервуары и по­дают в жилые дома и на заводы. Прежде чем сточная вода уйдет в море, ее нужно очистить. На водоочистной станции ее пропус­кают через фильтры, задерживающие грязь, затем перекачивают в отстой­ники, где твердые частицы должны осесть на дно. Бактерии уничтожают остатки органических веществ, разлагая их на без­вредные компоненты.

Очистка воды

Вода — хороший растворитель, поэтому она обычно содержит примеси. Очистить воду можно с помощью дистилляции (см. статью «Соединения и смеси»), но более эффективный метод очистки — деионизация (обессоливание). Ионы — это атомы или молекулы, утратившие или приобретшие электроны и в силу этого получившие положительный или отрицательный заряд. Для деионизации берется вещество, называемое ионитом. В нем есть положительно зараженные ионы водорода (Н+) и отрицательно заряженные ионы гидроксида (ОН—) Когда загрязненная вода проходит через ионит, ионы примесей заменяются ионами водорода и гидроксида из ионита. Ионы водорода и гидроксида соединяются, образуя новые молекулы воды. Вода, прошедшая через ионит, уже не содержит примесей.

Вода — превосходный растворитель, очень многие вещества легко растворяют­ся в ней (см. так же статью «Химические реакции»). Именно поэтому в природе ред­ко встречается чистая вода. В молекуле воды электрические заряды слегка разделены, так как атомы водорода располагаются с одной стороны молекулы. Из-за этого ионные соединения (соединения, состоящие из ионов) так легко растворяются в ней. Ионы заряжены, и молекулы воды притягивают их.

Вода, как и все растворители, может растворить только ограниченное количество вещества. Раствор называется насыщенным, когда растворитель не может растворить дополнительную порцию вещества. Обычно количество вещества, которое способен растворить растворитель, возрастает при нагревании. В горячей коде сахар растворяется легче, чем в холодной. Шипучие напитки — это водные ра­споры углекислого газа. Чем выше давление, тем большее количество газа способен поглотить раствор. Поэтому когда мы открываем банку с напитком и тем самым, уменьшаем давление, из напитка вырывается углекислый газ. При нагревании растворимость газов уменьшается. В 1 литре речной и морской воды обычно растворено около 0,04 грамма кислорода. Этого хватит водорослям, рыбам и другим обитателям морей и рек.

Жесткая вода

В жесткой воде растворены минералы, по­павшие туда из горных пород, по которым текла вода.

В такой воде мыло плохо мылится, потому что оно вступает в реакции с минералами и образует хлопья. Существует жесткая вода двух видов; разница между ними в типе растворенных минералов. Тип минералов, растворенных в воде, зависит от типа горных пород, по которым течет вода (см. рис.). Временная жесткость воды возникает при реакции известняка с дождевой водой. Известняк — это нерастворимый карбонат кальция, а дождевая вода — слабый ра­створ угольной кислоты. Кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция и образует гидрокарбонат, который растворяется в воде и придаст ей жесткость.

При кипении или испарении воды с временной жесткостью часть минералов выпадает в осадок, образуя накипь на дне чайника или сталактиты и сталагмиты в пещере. Вода с постоянной жесткостью содержит другие кальциевые и магниевые со­единения, например гипс. Эти минералы при кипячении не выпадают в осадок.

Умягчение воды

Удалить минералы, делающие воду жест­кой, можно путем добавления в раствор стиральной соды или путем ионного обмена — процесса, аналогичного деионизации воды при очистке. Вещество, содержащее ионы натрии, которые обмениваются с находящимися в воде ионами кальция и магния. В ионообменнике жесткая вода проходит через цеолит — вещество, содержащие натрий. В цеолите ионы кальция и магния замешаются на ионы натрия, которые не придают воде жесткости. Стиральная сода — это карбонат натрия. В жесткой воде она вступает в реакцию с соединениями кальция и магния. В результате получаются нерастворимые со­единения, не образующие хлопьев.

Загрязнение воды

Когда неочищенная вода с заводов и из домов попадает в моря и реки, происходит загрязнение воды. Если в воде слишком много отходов, бактерии, разлагающие органические вещества, размножаются и поглощают почти весь кис­лород. В такой воде выживают только болезнетворные бактерии, способные жить в воде без кислорода. Когда уровень растворенного а воде кислорода снижается, рыбы и растения умирают. В воду также попадает мусор, пестициды и нитраты из удобрении, ядовитые металлы — свинец, ртуть. Ядовитые вещества, в том числе металлы, попадают в организм рыб, а от них — в организмы других животных и даже человека. Пестициды убивают микроорганизмы и животных, нарушая тем самым природный баланс. Удобрения с полей и моющие средства, содержащие фосфаты, попадая в воду, вызывают усиленный рост растений. Растения и бактерии, питающиеся мертвыми растениями, поглощают кис­лород, снижая его содержание в воде.

Краткая характеристика роли воды для организмов

Вода — важнейшее неорганическое соединение, без которого невозможна жизнь на планете Земля. Это вещество является и важнейшей частью живого вещества, и играет большую роль как внешний фактор для всех живых существ.

На планете Земля вода встречается в трех агрегатных состояниях: газообразном (пары в атмосфере), жидком (вода в гидросфере и туманообразная в атмосфере) и твердом (вода в ледниках, айсбергах и т.д.). Формула парообразной воды — Н2О, жидкой (Н2О)2 (при Т = 277 К) и (Н2O)n — для твердой воды (кристаллы льда), где n = 3, 4, … (зависит от температуры — чем ниже температура, тем больше величина n). Молекулы воды объединяются в частицы с формулой (Н2O)n в результате образования особых химических связей, называемых водородными; такие частицы называются ассоциатами; за счет образования ассоциатов возникают более рыхлые структуры, чем жидкая вода, поэтому при температуре ниже 277 К плотность воды, в отличие от других веществ, не увеличивается, а уменьшается, в результате лед плавает на поверхности жидкой воды и глубокие водоемы не промерзают до дна, тем более что вода имеет малую теплопроводность. Это имеет большое значение для организмов, живущих в воде, — они не погибают при сильных морозах и выживают во время зимних холодов до наступления более благоприятных температурных условий.

Наличие водородных связей обусловливает высокую теплоемкость воды, что делает возможным жизнь на поверхности Земли, так как наличие воды способствует уменьшению перепада температур днем и ночью, а также зимой и летом, ведь при охлаждении вода конденсируется и тепло выделяется, а при нагревании вода испаряется, на разрыв водородных связей затрачивается энергия и поверхность Земли не перегревается.

Молекулы воды образуют водородные связи не только между собой, но и с молекулами других веществ (углеводов, белков, нуклеиновых кислот), что является одной из причин возникновения комплекса химических соединений, в результате образования которого и возможно существование особого вещества — живого вещества, образующего различные живые организмы.

Экологическая роль воды огромна и имеет два аспекта: она является как внешним (первый аспект), так и внутренним (второй аспект) экологическим фактором. Как внешний экологический фактор вода входит в состав абиотических факторов (влажность, среда обитания, составная часть климата и микроклимата). Как внутренний фактор вода играет большую роль внутри клетки и внутри организма. Рассмотрим роль воды внутри клетки.

В клетке вода выполняет следующие функции:

1) среда, в которой располагаются все органоиды клетки;

2) растворитель как для неорганических, так и для органических веществ;

3) среда для протекания различных биохимических процессов;

4) катализатор для реакций обмена между неорганическими веществами;

5) реагент для процессов гидролиза, гидратации, фотолиза и т.д.;

6) создает определенное состояние клетки, например тургор, что делает клетку упругой и механически прочной;

7) выполняет строительную функцию, состоящую в том, что вода входит в состав различных клеточных структур, например мембран, и т. д.;

8) является одним из факторов, объединяющих все клеточные структуры в единое целое;

9) создает электрическую проводимость среды, переводя неорганические и органические соединения в растворенное состояние, вызывая электролитическую диссоциацию ионных и сильно полярных соединений.

В организме роль воды состоит в том, что она:

1) выполняет транспортную функцию, так как переводит вещества в растворимое состояние, а полученные растворы за счет различных сил (например, осмотического давления и др.) перемещаются от одного органа к другому;

2) осуществляет проводящую функцию за счет того, что в организме содержатся растворы электролитов, способные проводить электрохимические импульсы;

3) связывает воедино отдельные органы и системы органов за счет наличия в воде особых веществ (гормонов), осуществляя при этом гуморальную регуляцию;

4) является одним из веществ, которые регулируют температуру тела организма (вода в виде пота выделяется на поверхность тела, испаряется, за счет чего теплота поглощается и организм охлаждается);

5) входит в состав пищевых продуктов и т. д.

Значение воды вне организма охарактеризовано выше (среда для обитания, регулятор температуры внешней среды и т. д.).

Для организмов большую роль играет пресная вода (содержание солей менее 0,3%). В природе химически чистой воды практически не существует, наиболее чистой является дождевая вода сельской местности, удаленной от крупных населенных пунктов. Для организмов пригодна вода, содержащаяся в пресных водоемах — реках, прудах, пресных озерах.

Вода является хорошим растворителем

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *