Какое из свойств воды обусловлено ее полярностью
2.3. Химическая организация клетки
2.3.1. Неорганические вещества клетки
В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:
- макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
- микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
- ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.
Другой принцип классификации элементов:
- органогены (кислород, водород, углерод, азот),
- макроэлементы,
- микроэлементы.
В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Физические свойства воды | Значение для биологических процессов |
Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул) | Транспирация |
Прозрачность в видимом участке спектра | Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек ( из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине) |
Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления) | Поддержание формы организмов: форма сочных органов растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих |
Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей) | Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз |
Вязкость (водородные связи) | Смазывающие свойства: синовиальная жидкость в суставах, плевральная жидкость |
Растворитель (полярность молекул) | Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна, у животных; клеточный сок у растений; водные организмы используют растворенный в воде кислород |
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул) | Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы |
Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления) | Водные растворы – средство передвижения веществ в организме |
Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей_ | Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора |
Неорганические ионы:
катионы K+, Na+, Ca2+ , Mg2+ и анионы Cl–, NO3- , PO4 2-, CO32-, НPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, К+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.
Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих.
Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
Таблица. Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации.
Таблица. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов.
Тематические задания
Часть А
А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло
3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло
4) растворять глицерин
А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо
2) калий
3) кальций
4) цинк
А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия
2) фосфора и азота
3) железа и меди
4) кислорода и хлора
А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными
2) гидрофобными
3) водородными
4) гидрофильными
А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор
2) железо
3) сера
4) магний
А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N
А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
1) йод
2) железо
3) фосфор
4) натрий
Часть В
В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая
2) ферментативная
3) транспортная
4) строительная
5) смазывающая
6) терморегуляционная
В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации
2) гидролиз солей
3) плотность
4) теплопроводность
5) электропроводность
6) донорство электронов
Часть С
С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?
Источник
3.1 Свойства воды, обусловленные водородной связью
3.1.1 Плотность воды
Наибольшей плотности вода достигает при + 4 °С. При охлаждении водоёмов ниже + 4 °С более холодная вода как менее плотная остаётся сверху и перемешивание слоев прекращается. В дальнейшем самый охлаждённый слой с меньшей плотностью остаётся на поверхности, превращается в лёд и тем самым защищает лежащие ниже слои от замерзания. С понижением температуры увеличивается число водородных связей между её молекулами. Это приводит к такому расположению молекул воды относительно друг друга, при котором образуются пустоты между молекулами. Кристаллическая решётка льда имеет ажурное строение. Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала, нормальными свойствами лёд был бы, как и полагается твёрдому веществу, плотнее жидкой воды. Зимой образовавшийся сверху лёд, как более плотный, тонул бы, непрерывно опускаясь на дно водоёма. Летом же лёд, защищённый толщей воды, не смог бы растаять. Постепенно все озёра, пруды, реки, ручьи превращались бы в гигантские ледяные гроты. Промёрзли бы моря, океаны. Наш мир был бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тоненьким слоем талой воды.
3.1.2 Температура плавления и кипения
За счёт водородной связи молекулы объединяются друг с другом и образуют целые группы молекул. Это затрудняет испарение воды, а, следовательно, повышает температуру плавления и кипения.
Эта аномалия объясняется сцеплением молекул за счет водородной связи, что затрудняет испарение воды, а значит, и повышает температуру кипения и плавления.
3.1.3 Теплоемкость
Теплоёмкость воды составляет 4,18 Дж/г ·К. Это в 10 раз больше, чем у железа, в 40 раз больше, чем у золота. Ни одно вещество не требует таких больших затрат теплоты для повышения его температуры на 1 °С. В ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно. Днём или при переходе от зимы к лету она медленно нагревается. Это делает воду регулятором и переносчиком тепла на всей планете.
3.1.4 Очень высокое поверхностное натяжение
В отсутствие силы тяжести вода имеет форму шара, которую мы можем наблюдать при падении капель, а космонавты – в космическом корабле. Сферическая форма воды связана с поверхностным натяжением, которое обусловлено способностью молекул воды сцепляться (когезия). Это сцепление молекул вызвано водородными связями. Молекулы воды в поверхностном слое испытывают действие сил межмолекулярного притяжения только с одной стороны. Молекулы, находящиеся во внутренних слоях, стараются втянуть молекулы наружного слоя внутрь, и вследствие этого образуется упругая внешняя плёнка, благодаря которой некоторые предметы (стальная иголка) могут лежать на поверхности воды, слегка её прогибая, или например, в стакан можно постепенно добавлять воду так чтобы образовалась выпуклая поверхность, которая так же будет удерживаться за счет поверхостного натяжения. Многие насекомые (водомерки и др.) легко скользят по поверхности воды. Маленькие улитки- прудовики и катушки – ползают по внутренней стороне плёнки, как по твёрдой поверхности, в поисках пищи. У воды самое высокое поверхностное натяжение из всех жидкостей, кроме ртути. Поверхность воды всегда затянута тончайшей пленкой из молекул, прочно соединенных водородными связями. Водная пленка выдерживает значительные давления. Силы поверхностного натяжения заставляют воду подниматься из глубины почвы и питать растения. Вода сама поднимается вверх по капиллярным сосудам стволов деревьев и стеблям трав.
Источник
Андрей Котоусов
Искусственный Интеллект
(178054)
13 лет назад
Интересный вопрос! Да, кстати, Елена, Вы с pretty woman не близняшки? 🙂
Однако, я отвлекся…
У дистиллированной воды много интересных свойств, многие из них кажутся неожиданными, поскольку часто повторяются заученные фразы, да и вода кажется на столько знакомой и прозрачной, что серьезного предмета не проглядывается. Однако…
1) Почему-то укоренилось убеждение, что дистиллированная вода – это идеальный диэлектрик. Очевидно, что это не так, реакцию диссоциации воды никто не отменял – в чистой воде много ионов. H20 = [H+] + [OH-]. В “чистой” воде pH = 7, поэтому 2*10^-7 моль/литр заряженных частиц гарантировано есть. С ростом температуры проводимость растет, поэтому, когда нужно измерить сопротивление воды ее приходится “приводить к нормальным условиям” (25 градусов). При мембранной очистке воды степень химической чистоты определяют путем измерения проводимости.
2) На открытом воздухе дистиллированная вода превращается в кислоту. В этом нет ничего удивительного. В атмосфере гарантировано присутствует CO2, который проникнет в чистую воду: получится слабоконцентрированная углекислота с pH=6-6,5. Вот поэтому такую воду следует хранить в плотно закупоренных сосудах.
3) Будучи раздробленной на молекулы, вода полностью теряет память. Существование “памяти воды” многими не принимается в серьез, но тем не менее… Молекулярные кластеры на водородной связи вполне возможны. В этом вопросе много неясностей, есть проблемы: как построить объективный измерительный прибор, есть товарищи-предприниматели, которые в пока еще мутной кластерной воде пытаются ловить свою рыбку. В этом вопросе больше химии, а Вы спрашивали об отличительных физических свойствах. 🙂
Некто в сером, именуемый ОН
Мудрец
(13442)
13 лет назад
Очень важное отличие одного от другог состоит в том, что при нормальных условиях вода постоянно входит и выходит через мембрану живых клеток и диффундирует из области высоких концентраций различных веществ в область низких. Например, если поместить клетку в концентрированный раствор соли, молекулы которой не проникают через клеточную мембрану, то вода будет выходить из клетки и она съежится. В дистиллированной воде с низкой концентрацией солей возникнут, напротив, потоки воды внутрь клетки: она будет набухать и может лопнуть.
Роза ветров
Просветленный
(39341)
13 лет назад
Вода (Н2О) – это окись водорода, она является наиболее важным и распространенным веществом, в природе .Дистиллированная вода не проводит электрический ток, так как она слабый электролит
Во-первых, мнение, что дистиллированная вода – самая чистая, не всегда оправдано. Дистиллированная вода получается методом перегонки, следовательно, может содержать легколетучие органические примеси. Во-вторых, минеральный состав дистиллированной воды (а точнее – его отсутствие) не соответствует естественному (особенно удручает отсутствие ионов калия) . В-третьих, дистиллированная вода – просто невкусная
Александр
Знаток
(332)
13 лет назад
Дистиллированная вода, как было сказано выше получается путем перегонки, т. е. конденсации водяного пара. Все растворенные в обычной воде соли при перегонке остаются в жидкости, а водяной пар уходит и потом собирается. Именно по тому-что в д. воде нет солей и соответственно ионов, она не проводит (плохо проводит) электрический ток. Но разные примеси все-таки есть. И тогда что бы и их удалить д. воду пропускают через различные сорбенты (как правило через ионообменные смолы) И такую воду называют деионизированной. В такой воде (считается) ничего кроме Н2О нет. (есть конечно растворенные газы, но их мало) . А пить ее можно и на вкус она как обычная вода, я бы не сказал, что она не вкусная. Она просто вода и все без вкуса (мокрая) . (У нас на работе, когда привозная в бутылках кончается, пьем деионизированную и ничего… )
Еще есть мнение, что вода накапливает информацию и теряет ее при фазовом переходе, т. е. при замерзании или кипячении. Таким образом д. вода не имеет еще и информации…
Источник
Минеральные соли, их значение
Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.
Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:
1. Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.
2. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.
3. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.
| Буферные свойства клетки | |
| ↓ | ↓ |
| фосфатная буферная система | бикарбонатная буферная система |
| анионы фосфорной кислоты (Н2РО4- , НРО42-) | анионы угольной кислоты (НСО3-) |
| рН внутриклеточной среды на уровне 6,9 | рН внеклеточной среды на уровне 7,4 |
4. Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.
В твердом состоянии минеральные соли Са3 (РО4)2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.
1. Какой из химических элементов одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот?
а) калий;
б) фосфор;
в) кальций;
г) цинк.
2. У детей развивается рахит при недостатке:
а) марганца и железа;
б) кальция и фосфора;
в) меди и цинка;
г) серы и азота.
3. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:
а) изменением концентраций ионов натрия и калиявнутри и вне клетки;
б) разрывом водородных связей между молекулами воды;
в) изменением концентрации водородных ионов;
г) теплопроводностью воды.
4. Основу реакционного центра хлорофилла составляет атом:
а) Na;
б) K;
в) Mg;
г) Cl.
5. К биогенным элементам относятся:
а) C, P, O, N;
б) Ca, Cl, N, O;
в) C, H, O, N;
г) H, O, C, Na.
6. При замерзании воды расстояние между её молекулами:
а) уменьшается;
б) увеличивается;
в) не изменяется.
7. Какое из свойств воды обусловлено её полярностью?
а) теплопроводность;
б) теплоемкость;
в) способность растворять неполярные соединения;
г) способность растворять полярные соединения.
8. Какие химические связи возникают между атомами в молекуле воды?
а) ковалентно-неполярные;
б) ковалентно-полярные;
в) ионные;
г) водородные.
9. Поверхностное натяжение воды обусловлено:
а) ковалентными связями;
б) ионными связями;
в) водородными связями.
10. При испарении воды с поверхности тела расстояние между её молекулами:
а) увеличивается;
б) уменьшается;
в) не изменяется.
11. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?
а) высокая теплоемкость;
б) медленный нагрев и остывание;
в) высокая теплопроводность;
г) полярность молекул.
12. Твердость кости придают:
а) аминокислоты;
б) липиды и углеводы;
в) глюкоза и гликоген;
г) минеральные соли.
13. Почему в магазинах продают соль, обогащенную йодом?
а) йод влияет на изменение состава крови;
б) йод нормализует деятельность щитовидной железы;
в) йод предупреждает заболевание туберкулезом;
г) йод способствует образованию витамина D.
14. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются:
а) гидрофобными;
б) гидроидными;
в) гидрогенными;
г) гидрофильными.
15. К органическим веществам клетки относятся:
а) белки и липиды;
б) минеральные соли и углеводы;
в) вода и нуклеиновые кислоты:
г) все правильно.
Источник