МОЛЕКУЛЯРНА СТРУКТУРА ТА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ

Вода відіграє важливу роль в життєдіяльності організмів завдяки своїм фізичним та хімічним властивостям.

Вода — єдина речовина на землі, яка одночасно і в великій кількості зустрічається в рідко­му, твердому та газоподібному станах.

Молекула води складається з атома кисню та двох атомів водню. Атом кисню відтягує електрони від водню, завдяки цьому заряди в молекулах води розподілені нерівномірно. Один полюс набуває позитивного заряду, інший – негативного. В цілому молекула води електронейтральна. Молекула води представляє собою диполь. Завдяки цьому молекули води можуть асоціювати одна з одною. Позитивний заряд однієї молекули притягує негативний заряд іншої. Це приводить до виникнення водневих зв’язків.

Кожна молекула води може бути зв'язана 4 водневими зв'язками з відповідно 4 сусідніми молекулами, в результаті виникає пентаго­нальна структура.

Згідно з сучасними уявленнями, в основі будови во­ди лежить впорядкована структура, що являє собою кри­сталічну решітку, з розмитою тепловим рухом частиною молекул води.

Так, універсальність води як розчинника зумовлена по­лярністю її молекул та здатністю утворювати водневі зв'яз­ки. Розчинення кристалів неорганічних солей відбу­вається завдяки гідратації іонів таких солей.

Добре розчиняються у воді також органічні речови­ни, з карбоксильними, гідроксильними і іншими групами в яких вода утворює водневі зв'язки.

Фізіологічна роль води визначається насамперед фізичними властивостями її.

Вода — найбільш аномальна речовина, хоча і прийня­та за еталон міри густини (щільності) та об'єму для інших рідин.

Всі речовини збільшують свій об'єм при нагріванні, зменшуючи при цьому свою густину (щільність). Однак при тиску в 1 атм. у води в проміжку від 0 до 4 °С при підвищенні температури об'єм зменшується і максимальна густина спостерігається при 4 °С (за такої температури 1 см³ води має масу 1 г, а густина дорівнює 1). Ця властивість води, в силу якої найбільшої густини вона досягає при 4 °С і в міру подальшого охолодження уже не стискується, а розширюється, має вирішальне значення для життя організмів у різних водоймах, так як в іншому випадку вся вода в них охолола б до 0 °С і перетворилась в лід. Завдяки такій аномалії води при охолодженні водойм її густина на поверхні підвищуються, так як першими охолоджу­ються поверхневі її шари. Охолоджені шари води, як більш важкі, спускаються вниз до тих пір, доки температура води на всій глибині не досягне межі густини, тобто 4 °С. При подальшому охолодженні вода стає легшою і тому не опускається на дно, тобто не перемішується з глибин­ними шарами, захищаючи їх від охолодження до більш низької температури. При 0 °С водой­ма вкривається льодом. Під час замерзання об'єм води різко зростає, а під час таненні льо­ду так же різко зменшується. Об'ємні зміни води — найважливіший фактор впливу на мате­ринські породи в процесі формування ґрунту. Вона здатна розвивати тиск до 2400 атмосфер, чим руйнує гірську породу.

Наявність водневих зв'язків приводить до підвищення температури кипіння і теплоти випарову­вання за рахунок додаткової енергії, необхідної для розриву або зміни їх.

Результатом наявності водневих зв'язків є такі аномалії води в порівнянні з іншими ріди­нами, як досить висока температура кипіння (100 °С), найбільша в порівнянні з усіма іншими рідинами, а також і твердими тілами питома теплоємність. Величина теплоємності води (тобто кількість тепла, що необхідно для підвищення температури на 1 °С) в 5-10 разів вище, ніж у інших речовин. Температура кипіння води зростає при підвищенні тиску, а температура плав­лення (замерзання, яка у води 0 °С) — падає.

Висока теплоємність води захищає рослини від різкого підвищення температури при підвищенні температури повітря, а висока теплота пароутворення (2,3 кДж на 1 г) забезпечує терморегуляцію організмів.

Вода володіє виключно високим поверхневим натягом за рахунок потужних сил зчеплення (когезії) між її молекулами; вище поверхневий натяг лише у ртуті. Для води характерна також властивість прилипання (адгезії), яка проявляється при підніманні її проти гравітаційних сил на­приклад, в тканинах дерев. Різко виражена здатність до адгезії має важливе значення при взаємодії води з іншими компонентами клітини. Вода має також високу теплопровідність (перенесення енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих, внаслідок теплового руху і взаємодії мікрочастинок), що дає їй змогу випа­ровуватися навіть при 0 °С.

До розряду найважливіших властивостей належить також і відома здатність води розчиня­ти гази.

Завдяки переліченим унікальним фізико-хімічним властивостям вода і виявилась найбільш придатним внутрішнім середовищем для всіх живих організмів, в тому числі і для рослин.

Для вивчення багатьох процесів водного обміну рослин, в тому числі для досліджень по­глинання і пересування води, проникності мембран, досить широко використовують мічену (ізо­топну) воду. При цьому як індикатори використовують стабільний ізотоп водню —дейтерій (D), радіоактивний ізотоп— тритій (Т), а також воду помічену стабільним ізотопом кисню ¹⁸О.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: