1. Woda – Informacje Ogólne
Woda jest składnikiem nieorganicznym potrzebnym do prawidłowego funkcjonowania wszystkich organizmów żywych.
- Średnia zawartość wody wynosi od 65 do 75% masy ciała dorosłego człowieka i zmienia się w zależności od wieku, aktywności organizmu, a także poszczególnych narządów.
- Zawartość wody zależy od środowiska życia; organizmy wodne zawierają średnio najwięcej wody.
- Woda jest rozpuszczalnikiem dla związków organicznych i nieorganicznych, może być substratem (hydroliza) oraz produktem reakcji chemicznych, stanowi środowisko do życia.
Pobierz notatki ⤵️
Podaj swój adres mailowy i pobierz je wszystkie! 🤩
2. Budowa Cząsteczki Wody
Specyfika wody wynika z jej właściwości chemicznych i fizycznych.
- Cząsteczka wody (H2O) składa się z dwóch atomów wodoru (H) połączonych kowalencyjnie wiązaniem spolaryzowanym z jednym atomem tlenu (O).
- Tlen jest bardziej elektroujemny niż wodór (elektrony znajdują się w pobliżu tlenu), co powoduje, że woda jest cząsteczką polarną.
- Pomiędzy atomem wodoru i tlenu wiązania tworzą kąt ok. 104,5∘. * Asymetryczna budowa cząsteczki nadaje jej dipolowy charakter. Atom tlenu posiada cząstkowy ładunek ujemny (−), a atomy wodoru posiadają cząstkowy ładunek dodatni (+).
- Dipol to cząsteczka polarna, która ma dwa bieguny: dodatni i ujemny.
- Ze względu na polarny charakter cząsteczki wody, może ona tworzyć wiązania wodorowe z innymi cząsteczkami wody (i innymi cząsteczkami polarnymi). Wiązania wodorowe między cząsteczkami wody są tworzone i rozrywane w sposób ciągły.
3. Unikalne Właściwości Wody
Tworzenie wiązań wodorowych powoduje, że woda wykazuje wiele unikalnych właściwości:
- Jest dobrym rozpuszczalnikiem.
- Posiada wysoką temperaturę wrzenia i topnienia.
- Mniejsza gęstość lodu niż cieczy.
- Posiada duże ciepło właściwe.
- Posiada duże napięcie powierzchniowe.
- Posiada duże ciepło parowania.
4. Woda jako Uniwersalny Rozpuszczalnik
Stanowi środowisko do zachodzenia reakcji chemicznych i umożliwia transport różnych związków chemicznych.
- Podczas rozpuszczania cząsteczek substancji w wodzie, cząsteczki wody przyłączają się do cząsteczek polarnych innych substancji lub jonów, rozrywają wiązania wodorowe między nimi i zastępując je własnymi wiązaniami wodorowymi.
- W przypadku jonów, cząsteczki wody otaczają pojedynczy jon, oddzielając jony od siebie i tworząc na nich powłokę hydratacyjną.
- W wodzie mogą być rozpuszczone także niejonowe cząsteczki polarne takie jak cukry, które wchodzą w skład płynów ustrojowych i soków roślinnych.
Substancje mogą mieć różne powinowactwo do wody:
- Substancje hydrofilowe (wodolubne): to substancje polarne, które chętnie oddziałują z cząsteczkami wody. Przykłady to część węglowodanów, kwasy nukleinowe, sole nieorganiczne.
- Duże białka są zawieszone w wodzie, tworząc układ koloidalny, ale nadal mają zdolność tworzenia wiązań wodorowych z wodą.
- Substancje hydrofobowe (wodoniechętne): to substancje niepolarne, które unikają kontaktu z wodą, ponieważ nie mogą z nią tworzyć korzystnych oddziaływań. Przykłady to tłuszcze, węglowodory oraz niektóre białka (te zawierające dużo niepolarnych reszt aminokwasowych).
5. Gęstość Wody
- Woda ma największą gęstość w temperaturze 4∘C.
- Wraz z obniżeniem temperatury (między 4∘C a 0∘C) objętość wody wzrasta, a gęstość maleje.
- Podczas krzepnięcia woda zwiększa swoją objętość, ponieważ jej cząsteczki w stanie stałym (lodzie) układają się w uporządkowaną strukturę krystaliczną.
- Wiązania wodorowe w lodzie znajdują się w znacznej odległości od siebie. W wodzie w stanie płynnym wiązania wodorowe tworzą się losowo.
- Woda o większej gęstości opada na dno, dlatego przy dnie pozostaje w stanie ciekłym, stanowiąc środowisko do życia dla organizmów wodnych, podczas gdy jej powierzchnia zamarza, tworząc warstwę termoizolacyjną.
6. Duże Ciepło Właściwe
- Podwyższenie lub obniżenie temperatury wody wymaga dostarczenia dużej ilości energii lub jej ubytku. Energia ta służy do rozerwania wiązań wodorowych.
- Zerwanie wiązań wodorowych wymaga pobrania ciepła.
- Tworzenie wiązań wodorowych wymaga uwolnienia ciepła.
- Woda stanowi ochronę dla organizmu przed nagłymi zmianami temperatury.
- Duże ciepło właściwe wody ma wpływ na klimat Ziemi – oceany mogą zaabsorbować i zmagazynować ogromne ilości ciepła pochodzącego ze słońca.
7. Duże Napięcie Powierzchniowe
- Jest wynikiem tendencji cząsteczek wody do skupiania się i łączenia wiązaniami wodorowymi.
- Warstwa powierzchniowa wody jest trudna do rozerwania przez ścisłe ułożenie jej cząsteczek (na styku powierzchni wody z powietrzem tworzy się niewidzialna "błona").
- Umożliwia poruszanie się po jej powierzchni niektórym owadom oraz umożliwia unoszenie się na jej powierzchni niektórym organom roślinnym.
- Przyciąganie się cząsteczek wody dzięki wiązaniom wodorowym powoduje powstanie sił kohezji i adhezji:
- Kohezja – jest to siła wzajemnego przyciągania się cząsteczek wody dzięki wiązaniom wodorowym ("cząsteczki się kochają dlatego się przyciągają"). Umożliwia powstanie nieprzerwanego słupa wody.
- Adhezja – jest to zdolność wody do przylegania do powierzchni innych substancji/powierzchni hydrofilowych (np. do gleby, skały, tkanki przewodzącej w roślinach, naczynia).
8. Duże Ciepło Parowania
- Przejście wody ze stanu ciekłego do gazowego pochłania dużo energii. Dostarczona energia przyspiesza ruch cząsteczek wody, co powoduje rozerwanie wiązań wodorowych.
- U człowieka nadmiar ciepła usuwany jest poprzez pocenie się (uwalniana jest woda) lub poprzez parę wodną w wydychanym powietrzu, co umożliwia schładzanie organizmu.
- Rośliny usuwają nadmiar ciepła poprzez transpirację – wyparowywanie wody przez aparaty szparkowe.
