Меню

Таблица свойства воды и функции воды



Таблица свойства воды и функции воды

Свойства воды и ее роль в клетке:

На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.

1. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость.

2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.

3. Вода — хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.

4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.

Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Биологические функции воды:

транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.

вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.

За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.

Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты

Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.

Источник

Вода: определение, образование, свойства и применение

Вода — это необыкновенная субстанция, которая не перестает нас удивлять. Она основной компонент планеты, вода необходима для жизни всего живого. Люди могут выдержать без воды только несколько дней. Если не восстановить вовремя ее потери в организме, это верная смерть. Поэтому важно научиться разумно, тратить ее и знать, что же такое вода.

Химические названия

Почему же воду назвали водой? Слово «вода» происходит от древнегерманского «мокрый, текучий». В химии могут встречаться разные названия этого соединения. Самые распространенные – гидроксид водорода и окись водорода. Также в химической литературе ее называют:

  • монооксид дигидрофосфата;
  • гидроксильная кислота;
  • дигидромонооксид
  • оксидан

Образование воды

Многих интересует, какая вода находится в реках, морях, под землей. Образовавшаяся миллиарды лет назад вода сконцентрировалась в океанах. Из океанов она испаряется и поднимается, где образуются облака. После долгого путешествия она возвращается на землю в виде осадков. Вода собирается и возвращается через реки обратно в море. Часть просачивается в почву и попадает в грунтовые воды. Там формируются новые источники, которые текут в море.

В более холодном климате вода остается на ледниках, которые очень медленно, стекают к более низким высотам, где и тают. В полярных регионах этот механизм скольжения настолько медленный, что в ледниках можно найти воду, попавшую на поверхность Земли десятки тысяч лет назад. Вот откуда берется в природе вода.

Свойства

Влияние воды на жизнь на земле огромное. Это среда обитания для многих организмов. Она является хорошим растворителем не только для солей, но и для многих других веществ. Например, питательные соли присутствуют в почве в виде ионов, то есть в растворенном виде. Только в таком виде растения могут поглощать их через корни. Поэтому не случайно вода— это источник жизни на земле.

Вода является важным источником химических и биохимических реакций, например, для фотосинтеза. Это заметно, когда растение увядает из-за потери воды, а листья и цветы опадают. Не зря говорят, что вода—это главный источник жизни.

Физические свойства

Что мы все знаем о воде? То, что она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, знают все, а вот о том что они притягиваются, друг к другу водородной мостиковой связью знают не все. Эта связь объясняет ее основные свойства.

  • Н2О имеет высокое поверхностное натяжение, то есть тенденцию принимать сферический объем.
  • Другим свойством является капиллярность. Молекула H2O способна перемещаться в очень узких пространствах.
  • Удельная теплоемкость у нее примерно в 4 раза больше, чем у воздуха. Это определяет устойчивость к изменениям температуры.
  • Плотность воды увеличивается с понижением температуры, примерно до 4 С. Ниже этого порога плотность уменьшается.
  • Она обладает минимальной вязкостью при высоких давлениях. Поэтому, чем больше давление, тем легче ей проникать.
Читайте также:  Как правильно указывается таблица

Агрегатные состояния

В нормальных условиях вода, является жидкостью. Это единственное известное вещество, которое существует в природе во всех трех классических состояниях материи: жидком, твердом, газообразном.

Кстати, термин вода используется для жидкого агрегатного состояния. В твердом, то есть в замороженном состоянии, она называется льдом, в газообразном состоянии— водяным паром или просто паром. Существует порог, где при определенных температурах и равновесного давления три состояния могут сосуществовать одновременно.

Оптические свойства

Когда свет пересекает границу раздела вода-воздух, полное отражение происходит под углом 49 град. Это означает, что световые лучи, попадающие на граничную поверхность, не излучаются из воды, а отражаются.

Преломление света приводит к оптическим иллюзиям. Поэтому под водой объекты видятся не в том месте, где они находятся на самом деле. То же самое происходит если смотреть через воду на воздух. Светопропускная ценность воды обеспечивает присутствие в ней водорослей и растений, которым необходим свет для жизни. Длинноволновый (красный) свет поглощается сильнее, чем коротковолновый (синий) свет.

Изотопные модификации

Молекулы воды состоят из разных изотопов кислорода и водорода, каждый из которых встречается в разных концентрациях. В определенных процессах, таких как образование осадков и фазовые переходы, происходит фракционирование изотопов, то есть Н2О меняет свой изотопный состав. В зависимости от условий окружающей среды и исходного состава это приводит к определенным изотопным сигналам, которые могут выступать в качестве своего рода отпечатка пальца для различных процессов и областей происхождения. Эта методология используется в гидрогеологии и палеоклиматологии.

Химические свойства

Вода амфотерна, в зависимости от окружающей среды, может действовать как кислота и основание. В водных растворах сильные кислоты и сильные основания полностью диссоциируют на ионы H 3 O + и O H. Это называется выравнивающим эффектом воды. Чтобы иметь возможность различать очень сильные кислоты по кислотности, константы равновесия определяют в неводных растворах, и переносят в растворитель воду.

Многих интересует, вода является органическим веществом или неорганическим. С точки зрения химии, она относится к неорганическим веществам. Поскольку, в органики должен присутствовать углерод, а в воде его нет.

Волновая функция основного состояния воды

Под водой скорость звука в 4,4 раза выше, чем у поверхности, и составляет 1483 м /с при температуре 20 С. Поэтому пространственное восприятие звука под водой сильно затруднено, мозг просто не успевает обработать информацию. Важно знать, что звук под водой не только проходит быстрее, но также в большей степени чем в воздухе зависит от частоты. Поэтому глубокие частоты, такие как звуки больших морских двигателей, часто могут быть услышаны драйверами на расстоянии нескольких километров.

В природе

Вода в природе везде. Реки и океаны, облака на небе, к этому добавляются грунтовые воды и те, которые постоянно хранятся в почве и обеспечивает основу для ее плодородия. Вода в природе — это жизнь, без воды все ничто. Она— основа плодородия, без нее не было бы ни растений, ни пищи.

Атмосферные осадки

Вода в природе находится в круговороте. Испаряясь, она поднимается как водяной пар в атмосферу. За тем крошечные капельки собираются и образуют облака. Когда облака попадают в холодный воздух, маленькие капли воды конденсируются и образуют дождь, снег или град.

Вода за пределами земли

Вода за пределами Земли на одних небесных телах находится в твердом состоянии (лед), а на других как водяной пар. В виде льда, она была обнаружена в кометах («грязные снежки»), на Марсе и на некоторых других внешних планетах. Только кольца Сатурна содержат примерно в 20-30 раз больше воды, чем Земля. Доказательства присутствия льда в метеоритных кратерах вблизи полюсов можно найти даже на Меркурии, планете, ближайшей к Солнцу.

Биологическая роль

Вода является источником здоровой жизни и очень важна для организма. Как часть крови, она снабжает нас кислородом и питательными веществами. В то же время токсины транспортируются через кровоток в почки, удаляются из организма. Вода регулирует температуру тела. Если температура воздуха высокая, человек потеет, и тело охлаждается. Однако, если пот не выделяется, то поднимается температура и самочувствие ухудшается.

Многие витамины, молекулы сахара могут использоваться организмом только через воду. Органические вещества расщепляются в воде и транспортируются к нужным органам. Кроме того, она является важным компонентом клеток и тканей. Например, мозг на 90 % состоит из жидкости.

Применение

Вода используется во всех сферах жизни. Люди пьют ее, готовят пищу, поливают растения. На гидроэлектростанциях вода используется, как источник энергии. Она также необходима на фабриках, например, для производства и переработки бумаги. Кстати, для производства одного листа бумаги требуется 10 литров воды! При тушении пожаров без нее не обойтись. Сельское хозяйство было бы невозможно без Н2О.

Многие используют ее в качестве лекарства от разных болезней. Особенно много целебных свойств, приписывают органической воде.

Исследования

Вода существует миллиарды лет, и, казалось бы, что о ней знают все, но она все равно остается тайной. Создаются целые институты, которые пытаются узнать, как сделать аналог воды, откуда она появилась на Земле и в космосе. Они изучают ее влияние на жизнь, ландшафт, природу.

Происхождение воды на планете

Многих интересует, откуда все-таки взялась вода. Она родилась четыре с половиной миллиарда лет назад в глубинах вселенной. Земля, еще не полностью сформированная, состояла в основном из вулканов. Газы, богатые водяным паром, выделялись в атмосферу, там образовывались облака. За тысячелетия земля остыла, и пары, сгущаясь, падали обратно на земную кору в виде дождя. Также формированию этого очень важного источника жизни, способствовали падающие кометы, состоящие в основном изо льда и фрагментов породы. Это явление способствовало образованию рек, озер и океанов, где миллионы лет спустя появились бы первые формы жизни.

Читайте также:  Английские цифры таблица с переводом и произношением

Гидрология

Понять, как вода взаимодействует с атмосферой, как влияет на жизнедеятельность, помогает наука гидрология. Она изучает, какая вода находится в водной оболочке Земли. Гидрология помогает понять, как рационально управлять водными объектами. Она составляет прогнозы состояния водных ресурсов, и дает им оценку.

Гидрогеология

Наука, которая изучает подземные воды, гидрогеохимию называется гидрогеология. Гидрогеологи занимаются поиском новых подземных водных источников, изучают, как сделать воду из подземных источников полезной для мелиорации, водоснабжения, природного ландшафта. Данные полученные учеными помогают снизить негативные влияния деятельности людей, на подземные водные источники.

Теперь вы знаете всю правду о воде, и понимаете, насколько важно бережно к ней относится. Ведь если пропадет вода, то не станет и нас.

Источник

Роль воды в клетке: 6 важных функций и схема строения клеток

Роль воды в клетке для живого организма незаменима.

Она составляет около 70 процентов от ее массы. Остальные 30 процентов занимают органические и неорганические вещества. Недостаток жидкости приводит к истощению или гибели организма.

В данной статье мы узнаем, какие важные функции вода выполняет в клетках.

Какую роль выполняет в клетке вода

Все живые организмы состоят из клеток: человек, растения, животных, бактерии и т.д. Клетка – это наименьшая единица строения живого организма.

Они различаются, но имеют общие признаки.

В состав всех клеток входят органические и неорганические вещества. Самое распространенное неорганическое вещество – вода.

Рассмотрим кратко её основные функции.

  1. Растворитель. Вода выполняет в клетке функцию растворителя, большинство химических реакций протекают только в водной среде.
  2. Транспортная функция. Помогает переносить питательные вещества из одной части в другую.
  3. Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
  4. Вода как реагент. Она участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.
  5. Терморегуляторная. Поглощает большое количество тепловой энергии при минимальном повышении собственной температуры. Таким образом, защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму.
  6. Придает форму и упругость клетке. Вода практически не сжимается (в жидком состоянии) и служит гидростатическим скелетом. В составе клетке вода занимает 1 место среди всех химических соединений, определяет объем и упругость.

Источник

Уроки биологии в классах естественно-научного профиля

Расширенное планирование, 10 класс

2. Способность воды к адгезии. Ее свойство притягиваться любой поверхностью, несущей электрический заряд, позволяет ей подниматься по мелким порам в почве и по сосудам ксилемы у растений на большую высоту.

Структура воды

3. Силы сцепления между молекулами воды обеспечивают ее вязкость, поэтому вода является смазывающим веществом в биологических системах. Например, синовиальная жидкость в суставах позвоночных.

4. Вода – хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых неионных соединений, в молекулах которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами самого вещества, то вещество растворяется в воде. По отношению к воде различают: гидрофильные вещества (от греч. гидрос – вода и филео – любить), хорошо растворимые в воде, и гидрофобные вещества (от греч. гидрос и фобос – страх), практически нерастворимые в воде.

Гидрофильные (А) и гидрофобные (Б) молекулы

В молекулах гидрофильных веществ преобладают полярные группы (–ОН; С=О; –СООН; –NH2), которые способны устанавливать с молекулами воды водородные связи. Гидрофильными свойствами обладают соли, кислоты, щелочи, белки, углеводы.

Гидрофобные вещества имеют неполярные молекулы, которые отталкиваются молекулами воды. В воде не растворяются жиры, бензин, полиэтилен и другие вещества.

Свойство воды как растворителя имеет большое значение для живых организмов, так как большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе. Кроме того, в качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов жизнедеятельности.

5. Подвижность молекул воды объясняется тем, что водородные связи, связывающие соседние молекулы, слабы, что и приводит к постоянным столкновениям ее молекул в жидкой фазе. Молекулярная подвижность воды позволяет осуществляться осмосу (диффузии, направленному движению молекул через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор), необходимому для поглощения и движения воды в живых системах.

Осмос

6. Среди самых распространенных в природе жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость, поэтому у нее высокая температура кипения (100 °С) и низкая температура замерзания (0 °С). Подобные свойства воды позволили ей стать главной составляющей внутриклеточных и внутриорганизменных жидкостей. Правда, температура замерзания воды несколько выше, чем было бы идеально для жизни, так как на Земле обширные территории имеют температуры ниже 0 °С. Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие внутренние структуры и вызвать его гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек в организме есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках.

7. «Необычная» плотность и «поведение» воды вблизи точки замерзания приводят к тому, что лед плавает на поверхности водоемов, создавая изолирующий слой, который при низких температурах защищает водных обитателей и водоем от полного промерзания.

8. Вода обладает большой удельной теплотой парообразования, поэтому, испаряясь, вода способствует охлаждению тела (при испарении 1 г воды тело теряет 2430 Дж энергии). Известно, что за день тяжелой работы человек теряет до 10 л пота. Если бы пот во время работы не выделялся и не испарялся, то организм «нагрелся» бы до 100 °С. Испарение воды с поверхности листьев растений в ходе транспирации также способствует охлаждению.

9. Вода является реагентом во многих химических реакциях. Например, гидролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и т.д. Вода играет роль источника кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа.

10. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке и в организме.

Таким образом, вода – самая удивительная жидкость на Земле, свойства которой превосходят всякую фантазию. Уникальные свойства воды позволяют ей выполнять не менее уникальные биологические функции.

Читайте также:  Таблица изобретение дата изобретения изобретение применение

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

Заполнение таблицы «Биологические функции воды».

Таблица 3. Биологические функции воды

1. Высокая температура кипения

2. Расширение при замерзании

3. Хороший растворитель

4. Сочетание высокой теплоемкости и высокой теплопроводности

6. Высокая скрытая теплота парообразования

8. Практически полная несжимаемость

9. Подвижность молекул

Образует основу внутренней среды организмов

Лед защищает водоемы от промерзания, а водных обитателей замерзающих озер, прудов и рек от гибели

В водных растворах протекает большинство биохимических реакций

Поддержание теплового равновесия организма, обеспечение его термостабильности

Подъем воды и растворенных в ней веществ на большую высоту в почве и в теле растений

Охлаждение организма при минимальной потере воды

Возможность фотосинтеза на небольшой глубине

Поддержание формы организмов

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (строение, свойства и биологические функции воды).

Урок 4. Минеральные соли и их биологическая роль

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы строения молекулы воды и образования водородных связей.

I. Проверка знаний

Работа по карточкам

Карточка 1. Прочитайте отрывок из стихотворения М.Дудника:

Говорят, что на восемьдесят процентов
Из воды состоит человек.
Из воды – добавлю – родных его рек.
Из воды – добавлю – дождей, что его напоили.
Из воды – добавлю – из древней воды родников,
Из которых его и деды, и прадеды пили.

Как вы понимаете этот текст с точки зрения знаний о составе живого вещества и роли воды в живой природе?

Карточка 2. Если растереть в ступке таблетку фенолфталеина и добавить несколько гранул щелочи, то между этими веществами реакция не наблюдается – окрашивания не происходит. Что надо сделать, чтобы реакция происходила?

Карточка 3. Большой сосуд с водой, помещенный в погреб, предохраняет овощи от замерзания. Почему?

Карточка 4. В ясный весенний день температура воздуха 10 °С, относительная влажность воздуха 80%. Будет ли ночью заморозок? Почему перед заморозком рассаду помидоров и огурцов обильно поливают?

Карточка 5. Почему альпийские растения низкорослы? Почему во всех частях этих растений сахара накапливается больше, чем у таких же растений, находящихся вне альпийской зоны?

Карточка 6. В самые сухие и жаркие дни пчелы на верхних стенках каморок в улье «развешивают» капельки воды. Зачем?

Карточка 7. В результате эволюции в живой природе создалась богатейшая кладовая химических соединений. Известно, что мир растений наиболее богат химическими соединениями, активно используемыми человеком. Чем можно объяснить изобилие химических веществ именно в мире растений, а не в мире животных? В каких районах Земли можно ожидать произрастание растительных сообществ, наиболее богатых химическими соединениями?

Карточка 8. Всем известно, что водомерки бегают по воде, как посуху. Воду можно налить в стакан «с верхом», и она не прольется, в отличие от других жидкостей. Как вы объясните это явление? Благодаря какому свойству воды оно возможно?

Устная проверка знаний по вопросам

1. Водородная связь и ее роль в «химии» жизни.

2. Содержание воды в клетке.

3. Строение молекулы воды. Образование водородных связей между молекулами воды.

4. Свойства и функции воды в клетке и организме (два учащихся).

II. Изучение нового материала

1. Содержание солей в клетке

В клетке содержится 1–1,5% минеральных солей. Соли – соединения ионные, т.е. в их составе атомы с частично приобретенным положительным и отрицательным зарядом. В воде соли легко растворяются и распадаются на ионы, т.е. диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка. Например:

Поэтому мы говорим, что соли содержатся в клетке в виде ионов. В наибольшей степени в клетке представлены и имеют наибольшее значение

катионы: К + , Na + , Са 2+ , Mg 2+ ;

Есть в живых тканях и соли, находящиеся в твердом состоянии, – например, фосфат кальция, входящий в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков.

2. Биологическое значение катионов

Рассмотрим значение важнейших катионов в жизнедеятельности клетки и организма.

1. Катионы натрия и калия (К + и Na + ), концентрация которых в клетке и в межклеточном пространстве сильно различается – концентрация К + внутри клетки очень высокая, а Na + – низкая. Пока клетка жива, различия в концентрации этих катионов стойко поддерживаются. Благодаря разнице в концентрациях катионов натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны на ней создается и поддерживается разница потенциалов. Также благодаря этим катионам оказывается возможной передача возбуждения по нервным волокнам.

2. Катионы кальция (Ca 2+ ) являются активатором ферментов, способствуют свертыванию крови, входят в состав костей, раковин, известковых скелетов, участвуют в механизмах мышечного сокращения.

3. Катионы магния (Mg 2+ ) также являются активаторами ферментов, входят в состав молекул хлорофилла.

4. Катионы железа (Fe 2+ ) входят в состав гемоглобина и других органических веществ.

3. Биологическое значение анионов

Несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности клетки непрерывно образуются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки слабощелочная, почти нейтральная (рН=7,2). Это обеспечивается содержащимися в ней анионами слабых кислот, которые связывают или отдают ионы водорода, в результате чего реакция среды клетки практически не изменяется.

Способность клетки поддерживать определенную концентрацию водородных ионов (рН) называют буферностью.

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H2РО4 – . Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО3 2– и НСО3 – . Отчасти буферность обеспечивается и катионами, образующими слаборастворимые основания – они связывают гидроксил-ионы (ОН – ) при их избытке.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (минеральные соли их биологическая роль).

Пользуясь текстом учебника, записями, сделанными в классе и дополнительными источниками информации, заполнить табл. 4 (внести в таблицу сведения о биологической роли следующих элементов: Mg, Na, Ca, Fe, К, S, P, Cl, Zn, Сu, I, F, Mn, В, Мо, Со).

Источник

Adblock
detector