Какие из свойств воды важны для живых организмов

Продолжаем раздел «Вода» и подраздел «Теоретические основы» статьёй Основные свойства воды. Где рассмотрим основополагающие, можно сказать, краеугольные, качества воды. Кстати, в конце статьи есть ссылочка, по которой можно скачать презентацию для школы по данной теме.

Основные свойства воды — это интересная тема, которая изучается ещё в школе, на уроках природоведения. Однако, чаще всего она изучается в школе весьма запутанным способом, с нарушением всех правил обучения. И в результате детям приходится лишь недоумённо спрашивать у взрослых перед, скажем, контрольной работой, на эту тему: «О, мама (папа, дядя…) — какие основные свойства воды? А то у нас был урок, а завтра контрольная… А запомнилось только что-то про температуру, про солёность и про то, что в воде есть золото. Этих основных свойств то ли 3, то ли 5… Помогите!»

Что бывает чаще всего? Чаще всего эти вопросы остаются без ответа, потому что взрослые — это те же дети, которые в своё время точно так же почти ничего не запомнили после урока про основные свойства воды. И не могут назвать основные свойства воды.

Естественно, просто перечислить свойства воды, конечно, может любой, даже тот же школьник, не слушавший урок. Но вот выделить среди них основные… Вот задачка так задачка. И мы постараемся справиться с ней в данной статье. А для начала разберёмся со слововм «основные». Потому что, не зная, что такое «основные», выбрать основные свойства воды сложно.

Итак, согласно толковому словарю, основной — это «наиболее важный, главный, самый существенный».

Естественно, сразу возникает вопрос: «Основной, важный, главный, существенный — это для кого? Ведь для, скажем, Ираклия, важно одно, а для Петропавла существенно другое!» И это совершенно правильный вопрос. Потому что для того же Ираклия основным свойством воды будет «Она есть», а для, например, Петропавла — «Она есть в водке».

Ну, вообще-то, важность свойства определяется по тому, насколько это свойство может помочь решить какую-либо проблему. Но мы не будем углубляться в дебри, а останемся на поверхности, на уровне обычного пятого-шестого класса. И попробуем определиться с тем, что же считается основными свойствами воды в целом, для всех.

И когда мы так ставим вопрос, то тема немножко проясняется.

Получается, что когда нужно перечислить основные свойства воды, имеются в виду те свойства, которые важны для всех живых существ.

Можно сказать, для жизни в целом. Вот из этого мы и будем исходить в дальнейшем. Итак, возвращаемся к свойствам воды. Обычно среди свойств воды называются такие, как

• прозрачная,
• бесцветная,
• текучая,
• без запаха,
• принимает любую форму, в которую её налить,
• растворяет вещества,
• может замерзать,
• может испаряться,
• вода расширяется и сжимается.

Возможно, кто-то вспомнит институтский курс и назовёт ещё парочку свойств, типа «молекула воды биполярна» или «вода состоит из 20 % водорода и 80 % кислорода, что-то около того», или «угол между двумя атомами водорода в молекуле воды равен 120 градусов» или ещё какие-нибудь похожие подробности.

Но обратите внимание, что эти подробности касаются строения воды. Тогда как вопрос детей (и наша с вами тема статьи) касается СВОЙСТВ воды. Естественно, свойства воды зависят от её структуры. Но когда спрашивают про свойства, нужно отвечать про свойства — иначе это не будет ответом на вопрос. Между прочим, отсутствие ответа на свой вопрос дети презирают ????

Итак, мы вспомнили, что у воды много свойств. И мы знаем, какие свойства воды нужно выбирать в категорию «основные свойства воды». Давайте разберёмся, какие из перечисленных и неперечисленных свойств воды действительно являются основными.

Начнём с того, что в воде хорошо растворяются разнообразные вещества — и поэтому в воде бывает много солей, в том числе, золото, серебро, платина (говорят, одна тонна морской воды содержит примерно грамм золота). Соответственно, чем больше солей, тем больше солёность воды. Чем меньше солей, тем меньше солёность воды.

Далее, нужно учитывать, что чем больше солей в воде, тем более вода тяжёлая. Чем вода тяжелее, тем быстрее она опускается на дно. Это позволяет организмам в океане жить именно в таких условиях, каких они живут. Если бы такого свойства воды не было, эволюция пошла бы по-другому. И мы с вами имели бы совершенно другой облик.

Далее, то, что в воде могут растворяться разнообразные вещества, очень большой плюс — иначе мы бы с вами не обладали кровеносной системой на основе воды. И, опять же, выглядели бы совершенно иначе. Если бы вообще возникли ????

Естественно, другая сторона медали — это то, что другие вещества в воде СОВЕРШЕННО не растворяются. И, возможно, это даже более основополагающее свойство, так как только благодаря нерастворению в воде жиров могут существовать клеточные мембраны — и жизнь.

Итак, то, что в воде хорошо / плохо растворяются разнообразные вещества, это очень основное свойство воды, потому что от него зависит жизнь в нынешней форме.

И если вода внезапно потеряет эти свойства, то будет очень и очень печально ????

Далее, мы все знаем, что когда вода замерзает, то она превращается в лёд. Но это не основополагающее свойство воды. По сути, что угодно жидкое при замерзании превращается в лёд. Намного важнее другое свойство воды: лёд оказывается ЛЕГЧЕ воды.

Благодаря этому основному свойству воды мы все живы — потому что иначе, если бы лёд был тяжелее воды, то он во время зимы опускался на дно рек и озёр, образовывался новый лёд, снова опускался на дно — и так далее, пока водоёмы не промёрзли бы до самого дна. Естественно, рыба и прочие живые существа в в таких условиях жить бы не смогли. Подробнее этот пункт освещается в уже опубликованной статье «Почему мы все живы?..»

Тогда как, вполне вероятно, вы помните, что у всех остальных веществ их твёрдая фаза тяжелее жидкой фазы.

Соответственно, хорошо, что лёд легче воды — и это также основное свойство воды, благодаря которому возможна жизнь в её нынешней форме.

Ну а если бы этого свойства воды не было, пришлось бы нам развиваться на основе, например, аммиака. То ещё удовольствие ????

Теперь остановим своё внимание на том, что вода может испаряться при кипении. Но это не основное свойство воды — так как практически любые вещества при кипении испаряются, и в этом нет ничего зазорного. Важно то, что вода испаряется и просто в жидком состоянии, и даже с поверхности льда. Почему это свойство более важно, чем испарение при кипении? А вот почему.

То, что вода может испаряться не только при кипении — это основное свойство воды, поскольку из-за этого возможен круговорот воды в природе. Что однозначно хорошо, так как вода не накапливается в одном месте, а более менее равномерно расходится по всей планете. То есть, грубо говоря, в пустыне Сахара не так жарко и сухо, как могло бы быть, потому, что в Антарктиде вода испаряется с поверхности ледников. Ну и океаны в этом играют немаловажную роль.

Соответственно, без круговорота воды в природе жизнь бы сидела возле пары оазисов, а остальные места были бы засушливой пустыней, где нет ни капли влаги.

И поэтому свойство воды испаряться — это основное свойство воды.

Естественно, не только вода может испаряться не при кипении. Большинство ароматических соединений (спирты, эфиры, хлороформ и т.д.) испаряются не при кипении. Но у воды есть один немаловажный плюс, ещё одно основное свойство — вода не токсична для живых организмов. Тогда как спирты и эфиры токсичны. Кстати, подробнее про токсичность (и как с ней справиться) этилового спирта, то есть, водки, в статье «Положительные свойства структурированной водки«.

Конечно, в современных условиях и вода может стать токсичной. Но с этим справляются фильтры для воды, и это не настолько большая проблема, чтобы с ней нельзя было справиться.

Итак, ещё одно основное свойство воды — это то, что она не токсична.

Иначе мы бы, опять же, были иными ????

И, наконец, основное свойство воды, которое важно не только для жизни, но и для промышленности: вода достаточно медленно нагревается и медленно остывает (то есть, может поглотить много тепла). Это свойство защищает людей и остальных животных, да и Землю, от перегрева. И переохлаждения. Именно поэтому живые организмы могут выживать при -50 градусах по Цельсию и при + 50 градусах. Если бы мы были устроены на основе другого вещества, такой диапазон температур нам был бы не по плечу.

Кроме того, нужно учитывать, что тёплая и холодная вода имеют разный вес — тёплая вода легче, холодная вода тяжелее. Соответственно, в океане происходит расслоение воды — как по солёности, так и по температуре. И в океане возможна именно такая жизнь, как она сейчас организована. Ну а поскольку мы все вышли из океана, то если бы не это свойство воды, то мы бы также были совершенно другими.

Ну и, наконец, свойство воды поглощать тепло и находиться на поверхности в нагретом состоянии позволяет существовать таким штукам, как тёплые течения — и в частности, Гольфстриму. Который обогревает всю Европу, и без которого на месте Европы была бы тундра с тайгой, а не виноградники.

Возможно, вы назовёте какие-то другие основные свойства воды, но перечисленные выше, на мой взгляд, по-настоящему основополагающие, так как от них зависит существование жизни на планете именно в той форме, в которой существует жизнь.  Надеюсь, эта информация вам пригодится, когда нужно будет отвечать на вопросы любопытных детей ????

А вот и обещанная презентация на тему «Основные свойства воды» для скачивания:  https://festival.1september.ru/articles/513123/

Итак, основные свойства воды — это свойства, благодаря которым мы все живы!

И имеем тот вид и форму, которые имеем ????

По материалам https://festival.1september.ru/articles/513123/

другие вещества в воде СОВЕРШЕННО не растворяютсяp

Введение

Организм человека почти на 70% состоит из воды. Вода — прежде всего растворитель, в среде которого протекают все элементарные акты жизнедеятельности. К тому же вода — продукт и субстрат энергетического метаболизма в живой клетке. Образно говоря, вода — это арена, на которой разыгрывается действие жизни и участник основных биохимических превращений.

Известно что вода присутствует во всех частях нашего организма, хотя например в коре мозга её 85%, в коже 72%, в зубной эмали всего лишь3%. Это свидетельствует о том, что в наиболее интенсивно работающих органах содержится большее число воды.

Некоторая часть воды в организме может более или менее прочно связываться с растворёнными в ней веществами и с поверхностью биополимерных макромолекул с помощью как водородных связей, так и сил ион-дипольного взаимодействия. Это может приводить к заметному изменению конфигурации, эффективных размеров и весов тех или иных частиц, участвующих в реакции, и в некоторых случаях к существенной модификации их свойств. Например, оказывается, что натриевые каналы нервных клеток, имеющие диаметр около 0,5 нм, практически недоступны для прохождения по ним ионов калия, хотя диаметр самого иона K+ равен 0,26 нм. В действительности ион K+ гидратирован и, следовательно, для расчёта его эффективных размеров к диаметру K+ следует прибавить диаметр молекулы воды 0,28 нм. В итоге комплексный ион [K· H2O]+ диаметром почти 0,6 нм сквозь натриевый канал пройти не может, тогда как гидратированный ион [Na· H2O]+ диаметром около 0,47 нм свободно диффундирует через этот канал.

Другим примером изменения размеров биологического субстрата может быть молекула ДНК. В частности известно, что на каждый нуклеотид макромолекулы приходится около 50 молекул воды, связанных с ДНК. В общей сложности водная плёнка ДНК увеличивает эффективный диаметр цилиндрической макромолекулы ДНК с 2 нм в безводном состоянии до 2,9 нм в водном растворе, что чрезвычайно важно, например, при считывании с неё информации.

Строение воды

Вода — уникальное вещество и все её аномальные свойства: высокая температура кипения, значительная растворяющая и диссоциирующая способность, малая теплопроводность, высокая теплота испарения и другие обусловлены строением её молекулы и пространственной структурой.

У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул, так, что атом водорода располагается на отрезке, соединяющем атомы кислорода. Свойство образовывать такие мостики обусловлено наличием особого межмолекулярного взаимодействия, в котором существенную роль играет атом водорода. Это взаимодействие называется водородной связью.

Каждая из присоединённых к данной молекул воды сама способна к присоединению дальнейших молекул. Этот процесс можно называть «полимеризацией». Если только одна из двух возможных связей участвует в присоединении следующей молекулы, а другая остаётся вакантной, то «полимеризация» приведёт к образованию либо зигзагообразной цепи, либо замкнутого кольца. Наименьшее кольцо, по-видимому, может состоять из четырёх молекул, но величина угла 90° делает водородные связи крайне напряжёнными. Практически ненапряжёнными должны быть пятизвенные кольца (угол 108° ), а шестизвенные (угол 120° ), также как и семизвенные — напряжённые.

Рассмотрение реальных структур гидратов показывает, что, действительно, наиболее устойчиво шестизвенное кольцо, находимое в структурах льдов. Плоские кольца являются привилегией клатратных гидратов, причём во всех известных структурах чаще всего встречаются плоские пятизвенные кольца из молекул воды. Они, как правило, чередуются во всех структурах клатратных гидратов с шестизвенными кольцами, очень редко с четырёхзвенными, а в одном случае — с плоским семизвенным.

В целом структура воды представляется как смесь всевозможных гидратных структур, которые могут в ней образоваться.

В прикладном аспекте это, например, имеет важное значение для понимания действия лекарственных веществ. Как было показано Л. Полингом структурированная клатратная форма воды в межсинаптических образованиях мозга обеспечивает, с одной стороны, передачу импульсов с нейрона на нейрон, а, с другой стороны при попадании в эти участки наркозного вещества такая передача нарушается, то есть наблюдается явление наркоза. Гидратация некоторых структур мозга является одной из основ реализации действия наркотических анальгетиков (морфина).

Биологическое значение воды

Вода как растворитель. Вода — превосходный растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения, такие как соли, у которых заряженные частицы (ионы) диссоцииируют в воде, когда вещество растворяется, а также некоторые неионные соединения, например сахара и простые спирты, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы (-OH).

Результаты многочисленных исследований строения растворов электролитов свидетельствуют, что при гидратации ионов в водных растворах основную роль играет ближняя гидратация — взаимодействие ионов с ближайшими к ним молекулами воды. Большой интерес представляет выяснение индивидуальных характеристик ближней гидратации различных ионов, как степени связывания молекул воды в гидратных оболочках, так и степени искажения в этих оболочках тетраэдрической льдоподобной структуры чистой воды — связи в молекуле изменяются на неполный угол. Величина угла зависит от иона.

Когда вещество растворяется, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно и, соответственно, его реакционная способность возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой и потому могут разделять водные растворы на отдельные компартаменты, подобно тому, как их разделяют мембраны. Неполярные части молекул отталкиваются водой и в её присутствии притягиваются друг к другу, как это бывает, например, когда капельки масла сливаются в более крупные капли; иначе говоря, неполярные молекулы гидрофобны. Подобные гидрофобные взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и других субклеточных структур.

Присущие воде свойства растворителя означают также, что вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторных системах, в пищеварительном тракте и во флоэме и ксилеме растений.

Большая теплоёмкость. Удельной теплоёмкостью воды называют количество теплоты в джоулях, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1° C. Вода обладает большой теплоёмкостью (4,184 Дж/г). Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение её температуры. Объясняется такое явление тем, что значительная часть этой энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул воды.

Большая теплоёмкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температуры грозит им не столь сильно. Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий.

Большая теплота испарения. Скрытая теплота испарения есть мера количества тепловой энергии, которую необходимо сообщить жидкости для её перехода в пар, то есть для преодоления сил молекулярного сцепления в жидкости. Испарение воды требует довольно значительных количеств энергии (2494 Дж/г). Это объясняется существованием водородных связей между молекулами воды. Именно в силу этого температура кипения воды — вещества со столь малыми молекулами — необычно высока.

Энергия, необходимая молекулам воды для испарения, черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у млекопитающих или у некоторых рептилий (например, у крокодилов), которые на солнцепёке сидят с открытым ртом; возможно, оно играет заметную роль и в охлаждении транспирирующих листьев.

Большая теплота плавления. Скрытая теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимой для расплавления твёрдого вещества (льда). Воде для плавления (таяния) необходимо сравнительно большое количество энергии. Справедливо и обратное: при замерзании вода должна отдать большое количество тепловой энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающей их жидкости. Кристаллы льда особенно губительны для живого, когда они образуются внутри клеток.

Плотность и поведение воды вблизи точки замерзания. Плотность воды (максимальна при +4° С) от +4 до 0° С понижается, поэтому лёд легче воды и в воде не тонет. Вода — единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твёрдом, так как структура льда более рыхлая, чем структура жидкой воды.

Поскольку лёд плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на её поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Если бы замерзание прудов шло в обратном порядке, снизу вверх, то в областях с умеренным или холодным климатом жизнь в пресноводных водоёмах вообще не могла бы существовать. То обстоятельство, что слои воды, температура которых упала ниже 4° С, поднимаются вверх, обусловливает перемешивание воды в больших водоёмах. Вместе с водой циркулируют и находящиеся в ней питательные вещества, благодаря чему водоёмы заселяются живыми организмами на большую глубину.

После проведения ряда экспериментов было установлено, что связанная вода при температуре ниже точки замерзания не переходит в кристаллическую решётку льда. Это энергетически невыгодно, так как вода достаточно прочно связана с гидрофильными участками растворённых молекул. Это находит применение в криомедицине.

Большое поверхностное натяжение и когезия. Когезия — это сцепление молекул физического тела друг с другом под действием сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение — результат действующих между молекулами сил когезии, направленных внутрь. Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь её поверхности была минимальной (в идеале — форму шара). Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды (7,6 · 10-4 Н/м). Значительная когезия, характерная для молекул воды, играет важную роль в живых клетках, а также при движении воды по сосудам ксилемы в растениях. Многие мелкие организмы извлекают для себя пользу из поверхностного натяжения: оно позволяет им удерживаться на воде или скользить по её поверхности.

Вода как реагент. Биологическое значение воды определяется и тем, что она представляет собой один из необходимых метаболитов, то есть участвует в метаболических реакциях. Вода используется, например, в качестве источника водорода в процессе фотосинтеза, а также участвует в реакциях гидролиза.

Особенности талой воды

Уже небольшое нагревание (до 50-60° С) приводит к денатурации белков и прекращает функционирование живых систем. Между тем охлаждение до полного замерзания и даже до абсолютного нуля не приводит к денатурации и не нарушает конфигурацию системы биомолекул, так что жизненная функция после оттаивания сохраняется. Это положение очень важно для консервирования органов и тканей предназначенных для пересадки. Как указывалось выше, вода в твёрдом состоянии имеет другую упорядоченность молекул, чем в жидком и после замерзания и оттаивания приобретает несколько иные биологические свойства, что послужило причиной применения талой воды с лечебной целью. После оттаивания вода имеет более упорядоченную структуру, с зародышами клатратов льда что позволяет ей взаимодействовать с биологическими компонентами и растворёнными веществами, например с другой скоростью. При употреблении талой воды в оганизм попадают мелкие центры льдоподобной структуры, которые в дальнейшем могут разрастись и перевести воду во льдоподобное состояние и тем самым произвести оздоравливающее действие.

Информационная роль воды

При взаимодействии молекул воды со структурными компонентами клетки могут образовываться не только вышеописанные пяти-, шести- и т. д. компонентные структуры, но и трёхмерные образования могут образовываться додекаэдральные формы, которые могут обладать способностью к образованию цепочечных структур, связанных общими пятиугольными сторонами. Подобные цепочки могут существовать и в виде спиралей, что делает возможным реализацию механизма протонной проводимости по этому универсальному токопроводу. Следует также учесть данные С. В. Зенина (1997 г.), что молекулы воды в таких образованиях могут взаимодействовать между собой по принципу зарядовой комплементарности, то есть посредством дальнего кулоновского взаимодействия без образования водородных связей между гранями элементов, что позволяет рассматривать структурированное состояние воды в виде исходной информационной матрицы. Такая объёмная структура имеет возможность переориентироваться, в результате чего происходит явление «памяти воды», так как в новом состоянии отражено кодирующее действие введённых веществ или других возмущающих факторов. Известно, что такие структуры существуют непродолжительное время, но в случае нахождения внутри додекаэдра кислорода или радикалов происходит стабилизация таких структур.

В прикладном аспекте возможности «памяти воды» и передачи информации посредством структурированной воды объясняют действие гомеопатических средств и акупунктурных воздействий.

Как уже говорилось, все вещества при растворении в воде образуют гидратные оболочки и поэтому каждой частице растворённого вещества соответствует конкретная структура гидратной оболочки. Встряхивание такого раствора приводит к схлопыванию микропузырьков с диссоциацией молекул воды и образованию протонов, стабилизирующих такую воду, которая приобретает излучательные свойства и свойства памяти, присущие растворённому веществу. При дальнейшем разведении этого раствора и встряхивании образуются всё более длинные цепи — спирали и в 12-сотенном разведении уже нет самого вещества, но сохраняется память о нём. Введение этой воды в организм передаёт эту информацию в структурированные компоненты воды биологических жидкостей, которая передаётся структурным компонентам клеток. Таким образом, гомеопатический препарат действует прежде всего информационно. Добавление спирта в процессе приготовления гомеопатического средства удлиняет устойчивость во времени структурированной воды.

Не исключено, что спиралеобразные цепи структурированной воды являются возможными компонентами переноса информации из биологически активных точек (точек акупунктуры) на структурные компоненты клеток определённых органов.

Список литературы

1. Садовничая Л. П. с соавт. Биофизическая химия, К.: Вища школа, 1986. — 271 с.
2. Габуда С. П. Связанная вода. Факты и гипотезы, Новосибирск: Наука, 1982. — 159 с.
3. Сб. Структура и роль воды в живом организме, Л.: Изд. ЛГУ, 1966. — 208 с.
4. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача, Екатеринбург: изд. «Уральский рабочий», 1994. — 378 с.
5. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 1.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1993. — 368 с.
6. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам М.: Мир, 1980. — 662 с.
7. Зенин С. В. Водная среда как информационная матрица биологических процессов. В кн. Тезисы докладов 1 Международного симпозиума, Пущино, 1997, с. 12-13.
8. Смит С. Электромагнитная биоинформация и вода. Вестник биофизической медицины, 1994 №1, с. 3-13.
9. Антонченко В. Я., Ильин В. В. Проблемные вопросы физики воды и гомеопатии. Вестник биофизической медицины, 1992 №1, с.11-13.