ВОДА [ water, aqua ] Вода (оксид водорода) - это одно из простейших и наиболее распространенных на Земле устойчивых соединений, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода (по массе 11,19% водорода и 88,81% кислорода). Возможно 42 сочетания этих атомов; 9 таких сочетаний устойчивы. Природная вода состоит из смеси молекул нескольких видов с разными свойствами. По современным представлениям ядро кислорода в молекуле воды имеет восемь электронов, составляющих внешний электронный слой. Две электронные пары образуют ковалентные связи с водородом. Остальные четыре электрона представляют собой две неподеленные электронные пары.
Схема 1. Водородная связь между двумя полярными молекулами воды.
|
|
Примечание:
|
δ + - очень маленький положительный заряд, δ - - очень маленький отрицательный заряд.
|
|
Они взаимодействуют с соседними атомами водорода посредством водородных связей.
Из-за асимметрии распределения электронов молекула воды является диполем, то есть структурой, полюса которой имеют частичные положительные и отрицательные заряды. Это определяет особое взаимодействие молекул воды друг с другом и с молекулами других веществ. Молекулы жидкой воды посредством водородных связей могут объединяться друг с другом и формировать кластеры диполей (см. схему 1). Реально вода является смесью мономерных молекул и водородосвязанных кластеров, находящихся в динамическом равновесии. Такой кластерной структурой воды объясняют затраты энергии на взаимопереходы её различных состояний и ряд её необычных свойств, имеющих большое значение для существования живых структур.
Вода является вероятностной динамичной структурой. Её водородные связи непрерывно образуются и разрушаются. Время образования и разрушения, а также пространственные координаты связей являются стохастическими переменными. Молекулы воды посредством водородных связей могут объединяться с атомами (ионами) других веществ (см. схему 2). Вода, бесцветная жидкость без запаха и вкуса. Она является главным компонентом всех структур и процессов живых организмов. Почти 70% массы тела человека составляет вода. Уменьшение количества воды в организме (дегидратация) на ~12% ведет к смерти.
Вода как растворитель. Вода обладает уникальной способностью разрывать практически все виды молекулярных и межмолекулярных связей и образовывать растворы. Она является универсальным растворителем для многих твердых веществ, жидкостей и газов. К ним относятся соли, которые в растворе диссоциируют на ионы, а также некоторые неионизирующиеся соединения, такие как сахара и простые спирты, в молекуле которых присутствуют заряженные, полярные группы, в частности гидроксильные OH-группы.
Схема 2. Взаимодействие гидратированных ионов.
|
|
Примечание:
|
Молекулы воды окружают ионы, анионы (–) и катионы (+). Такие ионы называют гидратированными. Молекулы воды ориентированы положительно заряженными атомами водорода в направлении к аниону. Молекулы воды ориентированы отрицательно заряженными атомами кислорода в направлении к катиону. Из-за присущей молекулам воды полярности, они ослабляют притяжение между ионами противоположного знака и удерживают их друг от друга на определенном расстоянии. Обозначения: δ + - очень маленький положительный заряд, δ - - очень маленький отрицательный заряд.
|
|
Когда вещество растворяется, возрастает свобода движений его молекул или ионов. Это увеличивает вероятность взаимодействия данного вещества с другими веществами, вероятность участия в химических реакциях. Поэтому большинство химических реакций в клетке осуществляется в водных растворах. Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой. Эти вещества, образуя определенные структуры, могут разделять водные растворы в объёмах на отдельные отсеки. Неполярные части молекул этих веществ отталкиваются водой, но притягиваются друг к другу, как это бывает, например, когда капельки масла сливаются в более крупные капли. Иначе говоря, неполярные молекулы гидрофобны. Гидрофобные взаимодействия неполярных веществ с водой играют важную роль в обеспечении стабильности многих белковых молекул, нуклеиновых кислот, любых субклеточных структур, клеточных мембран. Это является основой поддержания структуры клеток, тургора тканей, формы органов и тела организма. Вода как растворитель служит средой транспорта различных веществ через мембраны клеток, средой транспорта гуморальных активных веществ кровью, лимфой, средой транспорта секретов экзокринных желёз, средой транспорта питательных веществ в системе пищеварения. Теплоемкость воды. Удельной массовой теплоемкостью вещества (тела) называют количество теплоты (джоули), которое необходимо для того, чтобы поднять температуру единицы массы (1 кг) тела на один градус (1 оС) в определенном термодинамическом процессе. Вода обладает сравнительно большой теплоемкостью. Это означает, что существенное увеличение тепловой энергии, предназначенной для нагревания воды, приводит лишь к небольшому повышению её температуры. Это явление объясняют тем, что значительная часть затрачиваемой тепловой энергии расходуется не на нагревание, а на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды, т.е. на преодоление упомянутой выше способности молекул воды объединяться в кластеры. Большая теплоемкость воды стабилизирует её состояние, минимизирует возможные изменения её температуры. Благодаря этому создаются более стабильные температурные условия для осуществления биохимических процессов. Процессы протекают в меньшем интервале температур, с меньшей вариацией скорости. В результате уменьшается вероятность нарушения этих процессов. Таким образом, вода является стабильной средой жизнедеятельности для клеток организма. Вода как вещество с высокой теплоемкостью служит в организме носителем тепловой энергии, играет важную роль в её перемещении и распределении, в терморегуляции организма. Теплота испарения воды. Скрытая теплота испарения (удельная теплота фазового превращения) - это количество теплоты, поглощаемой или выделяемой единицей массы вещества в изотермическом (изобарическом) процессе фазового превращения. Для воды это количество тепловой энергии, необходимое для преодоления сил межмолекулярного сцепления и перехода воды в пар сравнительно велико. (Именно поэтому температура кипения воды - вещества со столь малыми размерами молекулами - необычно высока). В результате затрат энергии на разрыв водородных связей между молекулами, вода при испарении сильно охлаждается. Это явление важно для осуществления у животных терморегуляции посредством потоотделения и тепловой одышки. Поверхностное натяжение и когезия воды. Когезия - это сцепление частиц одного физического тела друг с другом, в результате которого эти частицы объединяются в однородную массу. Когезия обусловлена химической связью (для воды - водородной связью) атомов вещества, составляющего тела и межмолекулярным взаимодействием (для воды - взаимодействием диполей). Когезия определяет физические свойства жидкостей, такие как поверхностное натяжение, способность смачивать твердые тела, способность испаряться, вязкость, диэлектрическая проницаемость и др. Поверхностное натяжение воды. Поверхностное натяжение жидкости - это результат действия на её поверхности сил когезии. Эти силы направлены внутрь объёма жидкости. Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной (в идеале - форма шара). Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды. Значительная энергия когезии, характерная для молекул воды, играет важную роль в живых клетках. Вода как метаболит. Вода является одним из безусловно необходимых компонентов метаболизма, поскольку она участвует в метаболических реакциях гидролиза. Вода как необходимый фактор воспроизведения организмов. Многие живые организмы, в том числе и человек, имеют подвижные гаметы. Вода является средой для их распространения и для оплодотворения - основы воспроизведения материальной жизни. Содержание воды в организме, её потребление, и выведение из организма - управляемые процессы.
Литература. Иллюстрации. References. Illustrations
Щелкни здесь и получи доступ в библиотеку сайта! Click here and receive access to the reference library!
- Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. Новосибирск: Изд. «Наука», 1982, 159 с.
Популярное изложение представлений о роли связанной воды в природе, в организме. Учебное пособие для ВУЗов по специальности биология. Доступ к данному источнику = Access to the reference. Файл в формате DJVU. Просмотр в Internet Explorer. URL: http://proprius.narod.ru/boogz/gabuda.djvu quotation
- Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М.: Изд. Московского университета, 1974, 168 с.
Для научных работников и студентов ВУЗов. Доступ к данному источнику = Access to the reference. Файл в формате DJVU. Просмотр в Internet Explorer. URL: http://proprius.narod.ru/boogz/zatsepina.djvu quotation
- Сокольский Ю.М. Омагниченная вода: правда и вымысел. Л.: «Химия», 1990, 144 с.
Научно-популярное изложение представлений о феномене омагниченной воды. Доступ к данному источнику = Access to the reference. Файл в формате DJVU. Просмотр в Internet Explorer. URL: http://proprius.narod.ru/boogz/sokolski.djvu quotation
- Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Пер с англ. Л.: «Гидрометеоиздат», 1962, 280 с.
Для физиков, химиков, биологов, медиков. Доступ к данному источнику = Access to the reference. Файл в формате DJVU. Просмотр в Internet Explorer. URL: http://proprius.narod.ru/boogz/eizenberg.djvu quotation
- Anderson M.G., McDonnell J.J., Eds. Encyclopedia of Hydrological Sciences = Энциклопедия гидрологии. Wiley, 2005, 3174 p.
Иллюстрированный справочник. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Brown K., Ed. Encyclopedia of Hydrological Sciences = Энциклопедия гидрологии. Wiley, 2005, 3456 p.
Иллюстрированный справочник. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Chaplin M. Water Structure and Science = Наука о воде, 2010.
Иллюстрированное учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www1.lsbu.ac.uk/water/index2.html quotation
- Chaplin M. Do we underestimate the importance of water in cell biology?, Nature Reviews, MCB, 2006, 7, 11, 859-866.
Недооцениваем ли мы важность воды в биологии клетки? Иллюстрированный обзор Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Chin D.A., Ed. Water – Quality Engineering in Natural Systems: Fate and Transport Processes in the Water Environment = Вода. Управление качеством в естественных системах. end ed., Willey, 2012, 469 p.
Учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Cobb A.B., Ed. Earth Chemistry = Химия Земли. Chelsea House Publications, 2008, 130 p. Иллюстрированное учебное пособие.
Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://mashinva.narod.ru/references_ru.html quotation
- Crane M., Matthiessen P., Maycock D.S., Merrington G., Whitehouse P., Eds. Derivation and Use of Environmental Quality and Human Health Standards for Chemical Substances in Water and Soil = Стандарты качества среды. Химические вещества в воде и в почве. CRC Press, 2009, 168 p.
Учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- DeZuane J. Handbook of Drinking Water Quality = Качество питьевой воды. 2nd ed. Wiley, 1996, 592 p.
Иллюстрированное учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Fierro P., Nyer E.K., Eds. The Water Encyclopedia = Вода. Энциклопедия. 3rd ed., CRC, 2007, 33,6 MB.
Иллюстрированный справочник. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Kosso С., Scott A. The Nature and Function of Water, Baths, Bathing and Hygiene from Antiquity through the Renaissance = Природа и функции воды. История ванн, купания и гигиены, Brill, 2009, 547 p.
Учебное пособие.>. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Kyrk J. Water. In: John Kyrk. Cell Biology Animations.
Вода. В материалах: Биология клетки. Анимации. Тщательно разработанные и хорошо иллюстрированные учебные материалы. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.johnkyrk.com quotation
- Lerner K. L., and Lerner B.W., Eds. UXL Encyclopedia of Water Science. 3-vol. set, 2005, ~12 MB.
Энциклопедия науки о воде. Трехтомник., 2005, ~12 MB. История знаний о воде, геология, физика, химия, биология воды. Цитаты: Том 1, Том 2, Том 3. URL: www.bookwarez.org quotation
- Lin S,D., Lee C.C. Water and Wastewater Calculations Manual = Вода и сточные воды. Методы исследования и очищения. 2nd ed. McGraw-Hill Professional, 2007, 945 p.
Иллюстрированное руководство. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Newton D.E., Ed. Chemistry of the Environment = Химия среды. Facts on File, 2007, 240 p. Иллюстрированное учебное пособие.
Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://mashinva.narod.ru/references_ru.html quotation
- Sincero A.P., Sincero G.A. Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater = Физико-химическое очищение воды и сточных вод. CRC, 2003, 856 p.
Иллюстрированное учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
- Stewart P.A., Brown University, Rhode Island. Water and Ice. In: Mathematics and Molecules.
Вода и лёд. Хорошо подготовленные учебные материалы. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.nyu.edu/pages/mathmol quotation
- USA Enviromental Protection Agency, Office of Water. 2006 Edition of the Drinking Water Standards and Health Advisories.
Стандарты и рекомендации относительно характеристик питьевой воды, 2006. Официальный документ. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.epa.gov/waterscience/criteria/drinking/dwstandards.html quotation
- Woodward J. Water = Вода. DK Eyewitness Books, 2009, 72 p.
Учебное пособие. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/donat.htm#0 quotation
- World Health Organization. Guidelines for Drinking-Water Quality = Качество питьевой воды, 2nd ed., World Health Organization, 1996, 94 p.
Руководство. Доступ к данному источнику = Access to the reference. URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0 quotation
См.: Химия: Литература. Иллюстрации,
Биохимия человека: Литература. Иллюстрации,
«Я У Ч Е Н Ы Й И Л И . . . Н Е Д О У Ч К А ?» Т Е С Т В А Ш Е Г О И Н Т Е Л Л Е К Т А
Предпосылка: Эффективность развития любой отрасли знаний определяется степенью соответствия методологии познания - познаваемой сущности. Реальность: Живые структуры от биохимического и субклеточного уровня, до целого организма являются вероятностными структурами. Функции вероятностных структур являются вероятностными функциями. Необходимое условие: Эффективное исследование вероятностных структур и функций должно основываться на вероятностной методологии (Трифонов Е.В., 1978,..., ..., 2015, …).
Критерий: Степень развития морфологии, физиологии, психологии человека и медицины, объём индивидуальных и социальных знаний в этих областях определяется степенью использования вероятностной методологии.
Актуальные знания: В соответствии с предпосылкой, реальностью, необходимым условием и критерием...
... о ц е н и т е с а м о с т о я т е л ь н о: — с т е п е н ь р а з в и т и я с о в р е м е н н о й н а у к и, — о б ъ е м В а ш и х з н а н и й и — В а ш и н т е л л е к т !
|
♥ Ошибка? Щелкни здесь и исправь ее! Поиск на сайте E-mail автора (author): tryphonov@yandex.ru
|