Víz, a víz értéke a ketrecben
Víz, a ketrecben lévő víz értéke.
A ketrecben lévő víz kétféle formában van: szabad és kötött. A szabad víz intercelluláris térben, edényekben, vacuolákban, szervek üregében van. Célja, hogy az anyagokat a környezetből a sejtbe transzferálják, és fordítva. A kötött víz része néhány sejtszerkezetnek, amely fehérjemolekulák, membránok, rostok között van, és bizonyos fehérjékhez kapcsolódik.
A víz különböző funkciókat lát el: a térfogat megőrzése, a sejt rugalmassága, különböző anyagok feloldódása. Ezenkívül az élő rendszerekben a legtöbb kémiai reakció vizes oldatban történik.
A víz számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek rendkívül fontosak az élő szervezetek számára. A víz egyedi tulajdonságait a molekula szerkezete határozza meg. A vízmolekula O atomból áll, amely két H atomhoz kötődik poláris kovalens kötésekkel. Az elektronok jellegzetes elrendezése a vízmolekulában elektromos aszimmetriát eredményez. A több elektronegatív oxigén atom erősebben vonzza a hidrogénatomok elektronait, aminek következtében az általános elektronpárok eltávoznak a vízmolekulában az irányában.
Ezért, bár a vízmolekula egészében nem töltődik, a két hidrogénatom mindegyikének részben pozitív töltése van (δ + jelöli), és az oxigénatom részben negatív töltést (δ-) hordoz. A vízmolekula polarizált és dipólusú (két pólusú) (6. ábra). Az egyik molekula víz oxigénatomjának részleges negatív töltését más molekulák részlegesen pozitív hidrogénatomjai vonzzák. Így minden vízmolekula hajlamos hidrogénkötést kötni négy szomszédos vízmolekulával.
A molekulák polaritásának és a hidrogénkötések kialakulásának képessége miatt a víz ionos vegyületeket (sókat, savakat, bázisokat) könnyen felold. Néhány nemionos, de poláris vegyület is jól oldódik vízben, azaz abban a molekulában, amelyben töltve vannak (poláris) csoportok, például cukrok, egyszerű alkoholok, aminosavak. A vízben nagyon jól oldódó anyagokat hidrofil (a görög higrosz-nedves és a philia-barátság, a függőség) nevezik. Ha egy anyag oldatba kerül, molekulái vagy ionjai szabadabban mozoghatnak, következésképpen az anyag reaktivitása nő.
Ez megmagyarázza, hogy miért a víz a fő médium, amelyben a legtöbb kémiai reakció megy végbe, és minden hidrolízis reakció és számos redox reakció bekövetkezik a víz közvetlen részvételével.
A vízben gyengén vagy teljesen oldhatatlan anyagokat hidrofóbnak nevezik (a görög phobos-félelemtől). Ezek közé tartoznak a zsírok, nukleinsavak, bizonyos fehérjék. Ezek az anyagok vízhez kötődhetnek, amelyeken számos kémiai reakció lép fel. Következésképpen nagyon fontos az a tény, hogy a víz nem oldja fel a nem poláris anyagokat, az élő szervezetekre. A víz fiziológiailag fontos tulajdonságai között szerepel a gázok oldhatósága (O2, C stb.).
A víz magas hőkapacitása, azaz a hőenergia elnyelésének képessége a belső hőmérséklet minimális növelésével. A víz nagy hőteljesítménye védi a test szöveteit a gyors és erős hőmérséklet-emelkedésektől. Sok szervezetet lehűtünk a víz elpárologtatásával (transzpiráció növényekben, állatokban izzadás).
A víz magas hővezető képességgel is rendelkezik, biztosítva a hőt egyenletes eloszlását a szervezetben. Ennek következtében a nagy fajlagos hő és a magas hővezető képesség a víz ideális folyadékot biztosít a sejt és a test termikus egyensúlyának fenntartásához.
A víz gyakorlatilag nem ütközik, ami turgor nyomást eredményez, meghatározva a sejtek és szövetek térfogatát és rugalmasságát. Tehát ez a hidrosztatikus csontváz, amely támogatja a körhúsok, a medúza és más organizmusok alakját.
A vizet a felszíni feszítőerő biológiai rendszereinek optimális értéke jellemzi, amely a vízmolekulák és más anyagok molekulái közötti hidrogénkötések kialakulásából származik.
A víz reflexiós indexe n = 1,33 az optikai tartományban. Ugyanakkor erősen elnyeli az infravörös sugárzást, ezért a vízgőz a legfontosabb üvegházhatású gáz, amely az üvegházhatás több mint 60% -áért felelős. A molekulák nagy dipólus pillanatának köszönhetően a víz elnyeli a mikrohullámú sugárzást is, amelyen a mikrohullámú sütő működésének elve alapul.
Normál légköri nyomáson (760 Hgmm. V. 101 325 Pa), a víz bejut a szilárdtest hőmérsékleten 0 ° C-on forr (átalakítja gőzzé) hőmérsékleten 100 ° C (a hőmérséklet 0 ° C és 100 ° C-on speciálisan az olvadó jég és a forró víz hőmérsékleteként választják, amikor az SI rendszerben "Celsius" hőmérsékleti skála keletkezik. Amikor a nyomás csökken, a jég olvadásának (olvadása) hőmérséklete lassan növekszik, és a víz forráspontja csökken. 611,73 Pa nyomáson (körülbelül 0,006 atm) a forráspont és az olvadáspont egybeesik, és egyenlővé válik 0,01 ° C-kal. Ezt a nyomást és hőmérsékletet a víz háromszoros pontjának nevezik. Alacsonyabb nyomással a víz nem lehet folyékony állapotban, és a jég közvetlenül gőzbe fordul. A jég szublimációjának hőmérséklete a nyomás csökkenésével csökken. Magas nyomásnál jégkorrekció van a szobahőmérséklet feletti olvadásponttal.
A víz a leggyakoribb oldószer a Földön, amely nagymértékben meghatározza a földi kémia természetét, mint tudományt. A kémia nagy része, amikor tudományként született, pontosan úgy kezdődött, mint az anyagok vizes oldatainak kémiája. Néha ampholyte-nak tekinthető - egyszerre mind a sav, mind a bázis (kation H + anion OH-). Idegen anyag hiányában vízben a hidroxidionok és hidrogénionok (vagy hidronionok) koncentrációja azonos, pKa ≈ 16.
A víz meglehetősen aktív vegyszer. Erősen poláris vízmolekulák szolvátok ionokat és molekulákat, hidrátokat és kristályos hidrátokat képeznek. A solvolízis, különösen a hidrolízis élénk és élettelen természetben fordul elő, és széles körben alkalmazzák a vegyiparban. A víz egyedülálló szerepet játszik olyan anyagként, amely meghatározza a létezés lehetőségét és a világ minden lényének életét. Univerzális oldószer, amelyben az élő szervezetek alapvető biokémiai folyamata történik. A víz egyedisége az, hogy megfelelően oldja a szerves és a szervetlen anyagokat, biztosítva a kémiai reakciók nagy sebességét, és ezzel egyidejűleg a kialakult komplex vegyületek megfelelő komplexitását.
A hidrogénkötésnek köszönhetően a víz folyékony marad a széles hőmérsékleti tartományban, és pontosan abban, amit jelenleg a Földön széles körben képviselnek.
Mivel a jég sűrűsége kisebb, mint a folyékony vízé, a tározókban lévő víz lefelé, nem alulról lefagy. Az így létrejövő jégréteg meggátolja a tartály további fagyását, ez lehetővé teszi lakóinak a túlélését.
A hidrogénkötések természete
Áttetsző H2O molekula elektromosan semleges, de a töltés a molekulán belüli egyenetlenül oszlik enyhe pozitív hidrogénatomok, és egy olyan régióban, ahol az oxigénatom, kismértékű negatív töltés. Emiatt a vízmolekulák kölcsönhatásba léphetnek egymással az úgynevezett hidrogénkötések kialakulása révén.
A hidrogén kötés meghatározza a víz egyedi tulajdonságait:
A víz nagyon magas forráspontú, olvadási és párolgási hőmérsékletekkel rendelkezik, mivel a hidrogénkötések feltörésére további energiát kell felhasználni. Egyszerre csak a víz mindhárom összesített állapotban van. Más hasonló szerkezetű és molekulatömegű anyagok, például H2S, HCI, NH3 normál körülmények között gázok.
A hidrofób anyagok nem oldódnak vízben, de a H2O molekulák képesek lesznek elválasztani a hidrofób anyagot a nagyon vízoszloptól. Például a zsírok - a foszfolipidek, amelyek a sejtmembránot alkotják - lipid kettősréteget képezhetnek a vízzel való kölcsönhatás révén.
Részvétel kémiai reakciókban
A víz mint reagens számos kémiai reakcióban szerepet játszik:
A fotoszintézis során a víz fotolízise történik a növényekben - a hidrogén a víz összetételéből a szerves anyagba kerül, és a szabad oxigén szabadul fel a légkörbe.
A víz szerepet játszik a hidrolízisben - az anyagok vízzel történő megsemmisítésével. Például a zsírok, fehérjék és szénhidrátok hidrolízise az élelmiszer emésztése során következik be, és az ATP-energia hidrolízisének ideje alatt szabadul fel, amely biztosítja a sejt igényeit.
Sók hidrolizálásakor a víz protonok és elektronok forrása.
A sejtszerkezet fenntartása
A víz gyakorlatilag nem összenyomható (folyékony állapotban), ezért hidrosztatikus sejtvázként szolgál. Az ozmózis miatt a víz túlzott nyomást fejt ki a növényi sejtek vacuoláiban, ez a turgornyomás biztosítja a sejtfal rugalmasságát és a szervformák (pl. Levelek) fenntartását.
A növényekben, miatt, többek között, hogy a kapilláris hatás jellemző víz (kohéziós annak molekulák jellemző) úgy hajtjuk végre, felemelve a gyökér, hogy más növényi részekből oldott ásványi sók keresztül az edények. A kohézió miatt a talajban lévő víz a gyökér szőrzeten keresztül történő felszívódásra is rendelkezésre áll.
A fotoszintetikus termékek szállítása a szacharóz vizes oldat szita-csöveken keresztüli mozgásával történik.
Kiválasztás, metabolikus termékek mozgása oldott formában állatokban (a víz a vér és a nyirok fő összetevője, valamint fontos szerepet játszik az excretory rendszerben).
Részvétel a hőszabályozásban
A magas hőteljesítmény miatt - 4200 J / (kg · K) - a víz közelítő hőmérsékleti állandó marad a cellában. A víz nagy mennyiségű hőt hordozhat, ahol a szövetek hőmérséklete alacsonyabb, és ahol a hőmérséklet magasabb. Továbbá, amikor a víz elpárolog, jelentős hűtésre kerül sor, mivel nagy mennyiségű energiát töltenek fel hidrogénkötések felbomlásakor az egyik aggregált állapotból (folyadék) a másikba (gáz) való átmenet során.
A sejt tömegének akár 80% -át víz is elnyeli, ez biztosítja a sejt rugalmasságát, a molekulák nagy polaritása miatt más poláros vegyületek oldószere. A víz részt vesz a hőszabályozásban, a kémiai reakciókban, amelyek a sejtekben vizes oldatokban következnek be. Feloldja a testre szükségtelen anyagcserét, és eltávolítja őket a szervezetből. A víz elősegíti az anyagok mozgását a sejten belül vagy a sejtből a sejtbe. Víz nélkül az élet lehetetlen.
Hogyan befolyásolja a sejtekben a víz csökkenése a szervezet életét?
A kiszáradás súlyos mutatója a gyors fogyás. Néhány nap alatt több kilogrammig is elveszhet. Gyors súlycsökkenés, a teljes súly több mint 10% -a súlyosnak tekinthető. Tünetei kiszáradás nehéz megkülönböztetni a többi okait a tüneteket, de általában, kiszáradás a következő tünetek: fokozott szomjúság, szájszárazság, gyengeség vagy kábultság, felhős vizelet vagy csökkent vizeletürítés. A súlyos dehidráció (dehidratáció) megváltoztathatja a szervezet kémiai egyensúlyát, veseelégtelenségét és akár életveszélyes is lehet.
nikalnye tulajdonságok lehetővé teszik a víz, hogy töltse ki a cellát egy oldószer, hőmérséklet-szabályozás, és fenntartani sejt szerkezete és a szállítási anyagok.
A víz jól oldja a hidrofil anyagokat, például oldható sókat, fehérjéket és cukrokat. A vízmolekulákat ionok vagy molekulák veszik körül, így részecskéket egymástól elválasztanak. Következésképpen egy oldatban a molekulák (vagy ionok) szabadabban mozoghatnak, ezért gyorsan kémiai reakcióba lépnek. A hidrofób anyagok nem oldódnak vízben, de a H2O molekulák képesek lesznek elválasztani a hidrofób anyagot a nagyon vízoszloptól.
A víz mint reagens számos kémiai reakcióban szerepet játszik:
A fotoszintézis során, a hidrolízis során az anyagok vízzel történő megsemmisítésével és a sók hidrolízisével a víz protonok és elektronok forrása.
Víz alig nyomható (folyékony állapotban), és így ez szolgál a hidrosztatikus csontváz sejtek, biztosítja rugalmassága a sejtfalak és fenntartani formában szervek (pl, levelek).
A víz megközelítő hőmérsékleti állandó a cella belsejében. Nagy mennyiségű hőt képes hordozni, ahol a szövetek hőmérséklete alacsonyabb, és ahol a hőmérséklet magasabb. Továbbá, amikor a víz elpárolog, jelentős hűtésre kerül sor.