Какое значение имеет свойство воды растворять вещества
А. де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты необходима для жизни! Ты сама жизнь! Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство не свете… » «Вода – самое драгоценное минеральное сырье, это не только средство для развития промышленности и сельского хозяйства, вода – это действительный проводник культуры, это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было» (академик А. П. Карпинский) .
В воде растворяются твердые, жидкие и газообразные вещества. Вещества бывают хорошо растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые
Роль воды в клетке обусловлена ее химическими свойствами. наиболее важное свойство воды – растворять органические и неорганические вещества.
Свойство воды растворять газы очень важно для жизни на Земле. Растворенный в водах Океана углекислый газ усваивается водорослями, которые взамен выделяют кислород. Этим кислородом Океан обогащает воздух. Поэтому Океан называют «голубыми легкими» Земли.
Максимальное содержание в воде растворенного вещества зависит от температуры воды. Чем теплее вода, тем больше вещества в ней может раствориться. Раствор, в котором при данной температуре содержится наибольшее количество вещества, называют «насыщенным» . Стоит его охладить, и растворенное вещество начинает выпадать в осадок. Именно так откладываются на дне морей слои соли.
Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов жизнедеятельности возможно только в растворенном виде. Вода участвует в явлениях осмоса, обеспечивающего поддержание постоянства химического состава клетки.
осмосом называется проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Вода поступает в клетку именно путем осмоса.
На явлениях осмоса основаны движения воды по проводящей системе зеленых растений от корней к листьям. Вода, всасываемая корневыми волосками растений, содержит мало растворенных веществ. Проникая в клетки через мембраны и создавая в них повышенное давление, вода придает упругость листьям, лепесткам цветков, стеблям трав.
Не менее важна для живой природы и чисто химическая роль воды. Под действием специальных ферментов она вступает в реакции гидролиза, т. е. в реакции, при которых к свободным валентностям различных молекул присоединяются ионы ОН– и Н+ воды, при этом образуются новые вещества, необходимые для жизни клетки. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал сложнее, так как к физическим явлениям испарения и конденсации добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. Все более значительной становится роль человека в этом круговороте. Деятельность человека порой приводит к загрязнению природных вод.
Один из основных загрязнителей воды – нефть и нефтепродукты, которые могут попадать в воду из естественных источников, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья.
Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец) , радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Из металлов наибольшую опасность для водной среды представляют ртуть, свинец и их соединения. Накопление в водоемах органических веществ приводит к эвтрофикации – обогащению их биогенными элементами, следствием чего являются уменьшение содержания кислорода, обеднение фауны и флоры, неприятный запах.
Вода (H2O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.
Обрати внимание!
Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.
Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.
Структура молекулы воды
Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.
Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.
Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними молекулами воды.
Свойства воды
Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.
Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.
Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.
Пример:
примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.
Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.
Обрати внимание!
Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.
Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.
Пример:
гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.
Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.
Пример:
благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.
К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).
Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.
Биологические функции воды
- Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
- Вода — активный участник реакций обмена веществ.
- Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
- Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm
https://otvet.mail.ru/question/182353364
https://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png
Цели:
актуализировать знания детей о значении воды в жизни всего живого, о ее свойствах и состоянии;
развивать память, речь;
познакомить со свойством воды растворять разные вещества;
учить видеть, сравнивать, обобщать и делать выводы;
воспитывать экологическое мышление
Оборудование:
презентация «Вода»,
фотографии родников и водных пейзажей,
банка с кипячёной водой,
вода из под крана,
минеральная вода,
одноразовые стаканы,
чайные ложечки,
соль,
сахар,
уголь
жидкое удобрение для комнатных цветов,
марля,
тетради, учебники
Ход урока
1.Организационный момент
У: Сегодня к нам на урок пришли гости. Скажите настроение у вас каково?
Д: Во!
2. Актуализация знаний. Презентация «Вода»
-Сегодня урок я и Украина и гидромицентр сообщает.
— Скажите без чего человеку труднее всего обходиться? (воздух, вода)
— Да, мы не только на уроках я и Украина говорили с вами о воде и на уроках основ здоровья и внеклассном чтении мы затрагивали эту тему И сегодня на урок вы приготовили стихотворения о воде.
Вы послушайте и вспомните, в каких состояниях может находиться вода?
Ученик 1
В кружево будто одеты [5]
Деревья, кусты, провода (слайд 2).
И кажется сказкою это, (слайд 3)
А, в сущности, только вода.
Ученик 2
Безбрежная ширь океана (слайд 4)
И тихая заводь пруда, (слайд 5)
Каскад водопада и брызги фонтана, (слайд 6, 7)
А всё это только вода.
Ученик 3
В бирюзовой дали, исчезая, (слайд 8)
Лебедями плывут облака.
Вот туча идёт грозовая, (слайд 9)
А, в сущности, только вода.
Так в каких состояниях может находиться вода?
— Сегодня на урок ребята готовили не только стихотворения, но и приготовили сообщения.
Доклады детей
Вода – единственное вещество, которое встречается на Земле в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.
Если быстро вращать глобус, то покажется, что он одноцветный – голубой. А все потому, что этой краски на нем больше, чем белой, зеленой, коричневой. Голубым цветом изображены моря, океаны нашей планеты.
Вода занимает 3/4 поверхности земного шара. Вода повсюду.
Вода входит в состав любого живого организма. Достаточно помять лист растения в руках, и мы обнаружим в нем влагу. Вода содержится во всех частях растений.
Много воды и в теле человека. Наше тело почти на 2/3 состоит из воды. Вода необходима нашему организму для удаления разных вредных веществ.
Живой организм постоянно расходует воду и нуждается в ее пополнении. Например, человеку в сутки требуется более 2 литров воды (часть ее он выпивает, а часть содержится в пище).
Воду пьют поля и леса. Без нее не могут жить ни звери, ни птицы, ни люди.
Но вода не только поит, но еще и кормит – по морям и океанам плывут тысячи рыболовных судов.
Вода моет всех людей, города, машины, дороги.
Без воды не замесить теста для хлеба, не приготовить бетон для стройки, не сделать ни бумагу, ни конфеты, ни лекарства – ничего не сделать без воды.
Но все это стало доступным человеку после того, как он хорошо изучил свойства этого вещества.
У: Ребята, давайте вспомним все известные вам свойства воды.
не имеет формы
бесцветна
прозрачна
текуча
без запаха
без вкуса
бывает в трёх состояниях: жидком, твёрдом и газообразном
3. Изучение нового материала.
У: В чём находится ещё вода?(показ картинки – Арбуз, лимон, яблоко).
Сок — это вода с растворёнными в ней различными веществами. Сегодня на примере наших опытов мы познакомимся с ещё одним из важнейших свойств воды: вода — растворитель. Это и будет наша тема урока.
Сегодня мы будем работать в группах.
Опыт 1
В прозрачный стакан с кипячёной водой всыпаем чайную ложку соли. Помешиваем воду и наблюдаем, что происходит с кристалликами соли.
У: Изменилась ли прозрачность воды? Её цвет? Можно ли сказать, что вещество исчезло?
Попробуйте воду на вкус. Пропустите воду с солью через марлевой фильтр.
У: Осталась ли соль на фильтре? Попробуйте воду на вкус. Удалось ли очистить воду от соли?
Вывод.
Опыт 2.
Растворяем в воде жидкое удобрение для цветов коричневого цвета. Фильтруем.
Вывод. Жидкое удобрение в воде растворилось.
Опыт 3.
. Наблюдаем за минеральной водой в пластиковой бутылке.
У: Что вы видите?( пузырьки газа)
Разливаем минеральную воду в одноразовые стаканчики и пробуем на вкус.
У: Вы почувствовали, что вода газированная?
Вывод. В воде растворены газы.
У: Как вы думаете, какой газ растворён в водоёмах, где живут различные животные?(кислород)
Вывод из всех опытов.
Вода растворяет
твёрдые вещества (соль, сахар, марганцовка)
жидкие вещества (жидкое удобрение)
газообразные вещества (кислород)
Вещества, которые растворяются в воде, называют растворимыми (повтор детьми правил)
Физминутка
Льётся чистая водица,
Мы умеем сами мыться.
Щётку в руки мы берём,
Крепко зубы щёткой трём.
Моем шею, моем уши,
Потом вытремся посуше.
У: Как люди используют свойство воды растворять некоторые вещества? Приведите свои примеры (делаем сладкий чай, солим суп, пьём лимонад, умываемся и т. д.)
Опыт 4. (работа в парах)
Размешиваем в стакане с водой ложкой уголь.
У: Изменилась ли прозрачность воды? А цвет? Исчез ли уголь?
Фильтруем. Наблюдаем, что будет проходить через фильтр,
У: Очистилась ли вода от угля?
Вещества, которые не растворяются в воде, называются нерастворимыми.(повтор правил детьми)
Загадка. Что умеет застывать, летать и бегать?
-В этой загадки отражены три состояния воды.
В начале урока мы о них вспоминали.
Если вода застывает, во что она превращается? (лёд) Какое это будет вещество? (твёрдое).
Когда вода становится летучей? (когда превращается в пар) Какое это вещество? (газообразное).
А когда вода бежит? (жидкое).
Эти процессы превращения воды из твёрдого состояния в жидкое, из жидкого – в газообразное, из газообразного – в жидкое называют процессами таяния и замерзания, испарения . Превращения воды происходят при изменении температуры воды.
1Работа с учебником.
4. Итог урока
Что нового вы сегодня узнали?
Что запомнилось больше всего?
Какой новой информацией вы поделитесь сегодня дома?
Выставление оценок
5.Домашнее задание.
с 93-95 пересказ.
Учитель: Но у воды есть ещё свойство. О нём вы узнаете, если проведёте дома опыт. Содержание опыта написано у вас на листочках.
Налей воды в пластиковую бутылку и положи в морозильник. Когда замёрзнет, достань и запиши, что произошло с бутылкой.
Не открывая бутылку, поставь её в тёплое место. Когда лёд растает, запиши, что стало с бутылкой.
Подумай, почему это происходит?
Запиши свой вывод.
Вода как растворитель играет предельно важную роль далеко не только в плане нашего быта. Исследователи давно говорят, что данное волшебное соединение является основой для образования жизни вообще. И именно поэтому его наличие выступает обязательным условием для существования чего-то более сложного, нежели неживая природа.
Растворимость тех или иных химических элементов напрямую связана с существованием воды, так как она чаще всего выступает той средой, которая преобразует все вокруг себя и создает новые формы органической и неорганической материи.
Человек примерно на 70% состоит из воды (имеется ввиду кровь, межклеточная жидкость, плазма крови и прочие вещества), у большинства других существ этот показатель колеблется от 50 до 95%. Очевидно, что свойства данного соединения оказывают решающую роль на происходящие вокруг нас и внутри нас процессы синтеза, регенерации и многие другие.
Это универсальный растворитель, который буквально формирует окружающий мир, постоянно преображает и обновляет его!
Свойства воды как растворителя
Вода – сложное вещество, отличающееся многими уникальными характеристиками, которые нельзя встретить больше нигде.
Она способна растворить большую часть существующих в природе комплексных соединений, содержащих в своей структуре молекулы как с положительными, так и отрицательными ионами одновременно.
При проведении так называемых кинетических исследований все растворы также изготавливаются на основе H2O.
Яркий пример особенности воды – при схожести по своей структуре с метаном CH4, она имеет температуру кипения выше на целых 250С!
Важную роль играет также ее способность выступать одновременно либо донором, либо акцептором частиц водорода, благодаря чему проходят многие химические процессы. Химия говорит нам еще и о том, что вода выступает идеальным растворителем для диссоциирующих соединений.
Интересно отметить, что по причине высокого уровня диэлектрической проницаемости, вода отлично экранирует электрические поля ионов друг от друга. Благодаря этому притяжение противоположно заряженных частиц в воде снижается примерно в 80 раз.
Какие вещества растворяются в воде
Даже если школьник ходит только в 3 класс, он наверняка может привести примеры материалов, которые боятся контакта с водой, или, другими словами, растворяются в ней и теряют свои свойства.
Вот перечень только некоторых веществ такого типа:
К хорошо растворимым относятся: соль, сахар, сода, хлориды, щелочные металлы и нитраты, а также бромиды. Воздух также претерпевает изменения при контакте с жидкой средой. Крахмал полностью растворим, спирт тоже.
К средней степени взаимодействия относятся: бертолетова соль, метан, гипс, кислород, азот, другие химические элементы, например, сульфаты, некоторые газообразные вещества.
Есть и такие материалы, которые являются нерастворимыми: сульфид меди, стекло, золото, керосин, серебро, растительный жир и многие другие. Правда, при некоторых условиях даже они не способны устоять от такого мощного воздействия.
В организме человека есть целая группа витаминов (С, В1, 2, 3(РР), В12 и другие), которые способны оказывать свое положительное воздействие на здоровье только в контакте с H2O. Это касается также и фолиевой кислоты, биотина и т. д.
Что не растворяется в воде
Существуют такие химические образования, которые не воспринимают воздействия воды в качестве растворителя совсем.
Хороший пример: углерод С, который находится в простом карандаше, многие металлы и сплавы, типа алюминия, а также золото, серебро, медь.
Такая ситуация складывается благодаря тому, что между молекулами и атомами нерастворимых веществ действуют сильные связи, которые водород разрушить не в состоянии. Полярное состояние молекулы также способствует большей прочности материала, который состоит из таких частиц.
Многие вещи, которые мы видим вокруг себя в быту, также являются нерастворимыми. Очень популярный пример – пластик.
В мировом океане плавает огромное пятно из пластикового мусора, которое ежегодно растет, и количество пластмассы там совершенно не желает уменьшаться естественным путем. Его не могут никак переработать, что очень плохо для всей экосистемы.
Именно поэтому экологи бьют тревогу и в ЕС уже сейчас планируется отказ от целлофановых пакетов, пластиковых стаканчиков и трубочек и тому подобные меры.
Значение воды как растворителя
Как уже упоминалось в начале статьи, рассматриваемые свойства воды являются ключевыми для всей живой и неживой природы нашей планеты.
Если бы она не обладала этими характеристиками, то большинство химических процессов на Земле, в живых организмах, в органической природе бы просто остановилось. Картинка такого мира была бы очень неутешительна – темная пустыня без признаков жизни.
Роль воды настолько огромна, что именно ее определение в далеких планетах и галактиках является для астрономов основным занятием в надежде когда-то отыскать там если не разумное существование, то хотя бы зачатки жизни.