Какие процессы жизнедеятельности организмов обеспечивают такие свойства воды
Задания компетентностного характера по теме
«Химический состав клетки»
9 класс
Составитель:
Вербовая Жанна Александровна,
учитель биологии ГСУВУ «Кемеровская
специальная общеобразовательная школа»
Сопоставление биологических объектов на клеточном уровне организации жизни (задания В6)
Установите соответствие между химическими элементами и группами, к которым они относятся.
Химические элементы
группа
А) медь
Б) азот
В) железо
Г) селен
Д) фтор
Е) хлор
1) макроэлементы
2) микроэлементы
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между органическими веществами и особенностью строения их молекул.
Органические вещества
Строение молекул
А) глицерин
Б) миоглобин
В) т-РНК
Г) АТФ
Д) крахмал
Е) фруктоза
полимер
мономер
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых они характерны.
Особенности
Молекулы
А) мономер
Б) углевод рибоза
В) двухцепочечный полимер
Г) функция: энергетическая
Д) углевод дезоксирибоза
Е) функция: сохранения и передача наследственной информации
АТФ
ДНК
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых они характерны.
Особенности
Молекулы
А) хорошо растворяются в воде
Б) имеют сладкий вкус
В) сладкий вкус отсутствует
Г) глюкоза, рибоза, фруктоза
Д) в воде нерастворимы
Е) крахмал, гликоген, хитин
моносахариды
полисахариды
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых они характерны.
Особенности
Молекулы
А) две спирально закрученные цепи
Б) одиночный полимер
В) функции: структурная, транспортная
Г) функции: сохранения и передача наследственной информации
Д) способна к редупликации
Е) неспособна к самоудвоению
1) ДНК
2) РНК
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых они характерны.
Особенности
Молекулы
А) полимер, состоящий из аминокислот
Б) разнообразны по строению, свойствам и функциям
В) полимер, состоящий из нуклеотидов
Г) различают два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК
Д) основная функция: хранение и передача наследственной информации
Е) способны к денатурации
1) нуклеиновые кислоты
2) белки
А
Б
В
Г
Д
Е
Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых они характерны.
Особенности
Молекулы
А) полимеры, состоящий из аминокислот
Б) органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров
В) практически нерастворимы в воде
Г) имеют 4 уровня организации молекул
Д) подразделяются на две группы: простые (моно-и дисахариды) и сложные (полисахариды)
Е) для молекул характерно наличие гидрофильной головки и гидрофобного хвоста
углеводы
липиды
белки
А
Б
В
Г
Д
Установление последовательности (задания В7)
Установите последовательность основных этапов научного исследования.
А) выдвижение гипотезы
Б) проверка прогнозов
В) сбор фактов и формирование проблемы
Г) получение новых фактов
Д) построение теории
Е) экспериментальная проверка гипотезы
Установите последовательность действий при рассматривании готовых микропрепаратов под микроскопом.
А) направить свет зеркала в отверстие предметного столика
Б) закрепить микропрепарат клеммами
В) рассмотреть микропрепарат в целом
Г) глядя в окуляр, поднимать и опускать тубус до появления четкого изображения объекта
Д) поместить готовый микропрепарат на предметный столик
Г) рассмотреть отдельные детали изучаемого микропрепарата
Применение биологических знаний в практических ситуациях
(практико – ориентированные задания С1)
Дать краткий свободный ответ
Одним из наиболее древних методов биологии является описательный. Используется ли этот метод в настоящее время? Обоснуйте ответ.
Каково значение микроэлементов для живых организмов? Приведите примеры.
Какие процессы жизнедеятельности организмов обеспечивает такое свойство воды, как высокая сила поверхностного натяжения?
В живых клетках содержится 70% воды. При замерзании воды может вызвать гибель организмов. Объясните, почему это может произойти. Почему же зимой не погибают растения и хладнокровные животные при охлаждении их тела ниже 0С?
С какой целью в некоторых регионах на Алтае, Кемеровской области, в Приморье, Ростовской области- врачи рекомендуют пищу подсаливать йодированной солью, употреблять морепродукты (рыбу, морскую капусту)? Поясните.
Почему в жаркую погоду или при работе в жарких цехах рекомендуется пить минеральную или подсоленную воду?
Какие процессы жизнедеятельности организмов обеспечивают такие свойства воды, как высокая удельная теплоемкость и высокая теплопроводность?
Какими специфическими свойствами характеризуются биополимеры? Приведите примеры, Ответ поясните.
Известно, что при температурах близких к 0С, скорость биохимических реакций замедляется до минимума. Как это свойство ферментов использует человек в пищевой промышленности и медицине?
Какие функции выполняют различные РНК? Где они синтезируются?
К каким последствиям приводит денатурации белков? Каковы причины денатурации?
Почему при отсутствии в рационе белков, даже при достаточной калорийности пищи, наблюдаются остановка роста, изменение состава крови и др.? Ответ поясните.
Исследователю для анализа предложено два вещества, и он точно знает, что одно их них крахмал, а другое – глюкоза. Какими способами он может точно установить, где крахмал, а где глюкоза?
Имеется пять аминокислот – А, В, С, Д, F. Сколько вариантов полипептидных цепей, состоящих из 7 аминокислот, можно построить из этих аминокислот? Будут ли эти полипептиды обладать одинаковыми свойствами и выполнять одинаковые функции? Ответ поясните.
При поступлении большого количества углеводов с пищей уровень глюкозы повышается незначительно. При голодании, когда глюкоза в организм не поступает, а ее расходование в клетках продолжается, уровень глюкозы в крови практически не изменяется. Объясните физиологию приведенных явлений.
Крохотные птицы колибри питаются нектаром цветков или мелкими насекомыми. За день они съедают корма в два раза больше по сравнению с массой тела. С наступлением сумерек колибри садятся на ветки деревьев и впадают в оцепенение. Объясните, в чем состоит физиологический смысл таких приспособлений.
Какими способами растения защищаются от действия протеаз-ферментов, расщепляющих белки?
Объясните, почему сильное «цветение» воды в прудах и озерах сопровождается замором рыбы?
Преступник, чтобы скрыть следы преступления, сжег окровавленную одежду жертвы. Судебно-медицинский эксперт установил наличие крови на одежде. Как это было сделано?
Работа с текстом и рисунками
ЗаданияС2
1.Строение молекулы какого мономера изображено на рисунке? Что обозначено цифрами 1-3? В состав какого биополимера входит данный мономер?
1 2 3
2.Назовите молекулу, изображенную на схеме. Какую функцию выполняет это вещество? Что обозначено буквами А, Б, В?
А Б В
Задания С3
3.Найдите ошибки в приведенном ниже тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они допущены, запишите эти предложения без ошибок.
Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей.
При этом аденин образует три водородные связи с тимином, а гуанин – две водородные связи с цитозином.
Молекулы ДНК прокариот линейные, а эукариот – кольцевые.
Функции ДНК: хранение и передача наследственной информации.
Молекулы ДНК, в отличие от молекулы РНК, не способна к репликации.
4.Найдите ошибки в приведенном ниже тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они допущены, запишите эти предложения без ошибок.
Большое значение в строении и жизнедеятельности организмов имеют белки.
Это биополимеры, мономерами которых являются азотистые основания.
Белки входят в состав плазматической мембраны.
Многие белки выполняют в клетке ферментативную функцию.
В молекулах белка зашифрована наследственная информация о признаках организма.
Молекулы белка и т-РНК входят в состав рибосом.
5.Найдите ошибки в приведенном ниже тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они допущены, запишите эти предложения без ошибок.
1. Нуклеиновые кислоты являются разветвленными полимерами.
2. Мономерами нуклеиновых кислот являются триплеты.
3. Д.Уотсон и Ф Крик в 1953 г. Создали модель структуры молекулы ДНК.
4. В клетках содержатся нуклеиновые кислоты двух видов: ДНК и РНК.
5. Нуклеиновые кислоты способны к репликации.
6. ДНК – хранитель наследственной информации, РНК – принимает участие в синтезе белка.
6.Найдите ошибки в приведенном ниже тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они допущены, запишите эти предложения без ошибок.
Среди органических компонентов клетки самым важным являются белки.
Белки – высокомолекулярные органические соединения, состоящие из мономеров – азотистых оснований.
Между мономерами белковой молекулы образуются водородные связи (первичная структура).
Белки входят в состав мембран, могут выполнять каталитическую, сигнальную и регуляторную функции.
В белках хранится наследственная информация о признаках и свойствах организма.
Молекулы белка входят в состав хромосом и рибосом.
Задания С4
Заполните пропуски в тексте.
В клетках имеются_______типа нуклеиновых кислот – ___________ и ___________. Эти биополимеры состоят из _______________, называемых______________. Каждый нуклеотид состоит из ______ компонентов. В состав ДНК входят следующие нуклеотиды _________, _________, ________, ________.
В состав РНК входят нуклеотиды ________,________,________,_______,________.
Заполните пропуски в тексте.
Химические соединения, состоящие из ____________________,
называют полимерами. К биополимерам относятся___________,
____________,________. Мономерами белков являются___________, углеводов____________, ДНК и РНК_____________.
Решение задач по цитологии на применение знаний в новой ситуации (дать полный развернутый ответ) Задания С5
В одной молекуле ДНК нуклеотиды с цитозином (Ц) составляют 11% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (%) нуклеотидов с гуанином (Г), аденином (А), тимином (Т) в отдельности в молекуле ДНК. Объясните полученные результаты.
Фрагмент матричной цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: – ГАЦЦГАТТЦАГАЦАЦ –
Определите последовательность нуклеотидов и-РНК, антикодоны т-РНК и соответствующую последовательность аминокислот фрагмента молекулы полипептида, используя таблицу генетического кода.
Работа с таблицами и графиками
Прочитать текст учебника. Подобрать признаки для сравнения нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. Заполнить таблицу.
Признаки для сравнения
ДНК
РНК
1.
2.
Объясните график зависимости скорости ферментной реакции от концентрации субстрата.
Объясните график зависимости фермента амилазы слюны от рН среды.
Активность
pH
Объясните график зависимости фермента амилазы слюны от температуры.
Ответы и комментарии
Часть В (задания В6) Часть В (задания В7)
211221 1) ДБАГВЕ
211212 2) ВАЕГБД
112122
112122
122112
221112
312312
Часть С (задания С1)
№ вопроса
Ответ
1
Да, используется;
Современные научные исследования с использованием новейших приборов и аппаратов состоят из нескольких этапов, первый из которых это наблюдение и сбор фактов (описательный), на их основе выдвигают гипотезу, а затем экспериментально ее проверяют.
2
Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов; например, йод – в состав тироксина (гормона щитовидной железы), кобальт – в состав витамина В12;
Регулируют процессы усвоения других микроэлементов; например, марганец улучшает усвоение меди, фтор – стронция.
3
Восходящий и нисходящий транспорт веществ в растениях, движение крови в сосудах у животных;
Мелкие организмы, например, клоп-водомерка удерживается на поверхности воды.
4
При замерзании вода расширяется и может разорвать клеточные структуры, что приводит к гибели организм;
Растворенные в воде органические и минеральные вещества снижают температуру замерзания воды, а у некоторых организмов синтезируются особые вещества-анифризы.
5
Йодированная соль и морепродукты – источник йода, который входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина;
В этих районах снижено в почве содержание йода и у людей наблюдается эндемический зоб (разрастание щитовидной железы). Эти продукты способствуют профилактике заболевания.
6
При повышенной температуре усиливается потоотделение с целью предохранения от перегрева;
С потом теряется значительная часть минеральных солей, минеральная и подсоленная вода компенсируют потери.
7
Высокая удельная теплоемкость защищает ткани растений и животных от быстрого и сильного повышения температуры;
Высокая теплопроводность обеспечивает равномерное распределение тепла по организму, устраняет риск локальных «горячих точек», которые могут привести к повреждению структур клетки.
8
Кооперативность – тесная взаимосвязь всех функциональных групп, например, связывание молекулы кислорода с белком эритроцитов – гемоглобином;
Способность образовывать интерполимерные комплексы, которые возникают между частями молекулы или между разными молекулами, например, синтез белков, нуклеиновых кислот, реакции иммунитета, регуляция обмена веществ и др.
9
Быстрое замораживание продуктов предохраняет от порчи, т.к. микроорганизмы неспособны размножаться их ферменты инактивированы и не вызывают разложения пищевых продуктов;
Консервация органов перед пересадкой; семенной материал и яйцеклетки для экстракорпорального оплодотворения.
10
Все виды РНК (и-РНК, т-РНК, р-РНК) синтезирутся в ядре на ДНК;
и-РНК переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосоме,
т-РНК – переносит аминокислоты к рибосоме, р-РНК –входит в состав рибосомы
11
Денатурация – утрата белковой молекулой своей структуры, что ведет к потере свойств белка и способности выполнять свои функции;
Причина –высокая температура, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов, органических растворителей, УФО, радиация.
12
Основная функция белков – строительная, при их отсутствии в рационе она выполнятся не может;
Организм строит свои собственные белки только из аминокислот.
13
Крахмал не растворим в воде и не имеет сладкого вкуса, т.к. он полисарид, а глюкоза – моносахарид;
Йод является индикатором крахмала, если капнуть в оба раствора йодом, если раствор синеет, то это крахмал.
14
78125 вариантов полипептидных цепей;
Свойства и функции будут разными, т.к зависит от последовательности аминокислот в полипептиде.
15
Излишки глюкозы в клетках печени и мышцах превращаются в животный крахмал- гликоген (запасное питательное вещество);
При голодании недостаток глюкозы восполняется за счет синтеза глюкозы из других питательных веществ, например, белков.
16
За счет питания восполняется затраченная энергия на полет и поиски пищи;
В состоянии оцепенения температура тела опускается, что уменьшает теплоотдачу и трата энергии снижается.
17
Протеазы находятся в лизосомах и выходят в цитоплазму только по сигналу, например, осенью для обеспечения листопада, когда необходимо разрушить клетки отделительного слоя в черешке листа;
В клетках синтезируются ингибиторы , которые не даютпротеазам выполнять свои функции.
18
«Цветение» воды вызывают сине-зеленые водоросли (цианобактерии), а они ядовиты;
При фотосинтезе водоросли выделяют кислород, но его не хватает живым организмам, т.к. в хорошо прогретой воде растворимость кислорода резко снижается и он выделяется в атмосферу виде пузырьков.
19
После сгорания в пепле остаются химические элементы, которые входили в состав сгоревшего объекта;
В состав эритоцитов-красных клеток крови- входит гемоглобин, который содержи железо; если в пепле эксперт обнаружил повышенное содержание железа , следовательно , на одежде была кровь.
Часть С2
Молекула тимидилового нуклеотида;
1 – азотистое основание – тимин; 2 – углевод дезоксирибоза; 3 – остаток фосфорной кислоты.
АТФ. Источник энергии.
1 – азотистое основание – аденин; 2 – углевод- рибоза; 3 –три остатка фосфорной кислоты.
Часть С3
№ задания
№ вопроса
Правильный ответ
3
2
3
5
между аденином и тимином образуется две водородные связи, а между гуанином и цитозином –три водородные связи.
У прокариот – кольцевая ДНК, а у эукариот – линейная.
Молекула ДНК способна к самоудвоению
4
2
5
6
Мономерами белков являются аминокислоты.
Наследственная информация о признаках организма зашифрована в молекулах ДНК
В входят состав рибосом входят р-РНК, а не
Т-РНК.
5
1
2
5
Нуклеиновые кислоты являются линейными биополимерами.
Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды.
К редупликации способна только ДНК.
6
2
3
5
Мономерами белков являются аминокислоты.
Между мономерами белка (аминокислотами) возникают прочные ковалентные пептидные связи.
Наследственная информация о признаках и свойствах организма хранится в ядре молекул ДНК
Часть С4
7.
Два;
РНК И ДНК;
Мономеров;
Нуклеотидами;
Трех;
Аденин, тимин, гуанин, цитозин;
Аденин, тимин, гуанин, цитозин, урацил.
8.
Мономеров;
Углеводы, нуклеиновые кислоты, белки;
Аминокислоты, глюкоза, нуклеотиды.
Часть С5
Задание 1.
аденин комплементарен тимину, а гуанини –цитозину, следовательно, по правилу Чаргаффа количество комплементарных нуклеотидов одинаково;
Ц=Г=11%;
А+Т=100% – 22%=78%; А=Т +78%:2=39%
Задание 2.
последовательность нуклеотидов на и-РНК:
ЦУГ-ГЦУ-ААГ-УЦУ-ГУГ;
антикодоны т-РНК: ГАЦ-ЦГА-УУЦ-АГА-ЦАЦ;
последовательность аминокислот: лей-ала-лиз-сер-вал.
ЛИТЕРАТУРА
Акимов С.С., Ахмалишева А.,Х., Хренов А.В. Биология в таблицах, схемах, рисунках. М.: Лист, 1996.
Беркинблит М.Б., Глаголев С.М., Голубева М.В. Биология в вопросах и ответах: Учебное пособие. – М.: МИРОС – Междунар.отношения, 1985.
Воронина Г.А. Школьные олимпиады. Биология 6-9 классы. – М.: Айрис-пресс, 2007.
Кириленко А.А. Молекулярная биология. Сборник заданий для подготовги к ЕГЭ: уровни А, В и С: учебно-методическое пособие – Ростов н/д: Легион, 2012.
Лернер Г.И. Уроки биологии. Общая биология. 10-11 классы. Тесты, вопросы, задачи:Учебное пособие. – М.: Эксмо, 2005.
Лемеза Н. А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология в экзаменационных вопросах и ответах. М.: Рольф, Айрис-пресс, 1999.
Источник
Из всех известных нам веществ только вода может находиться в жидком состоянии при относительно низкой температуре, преобладающей на поверхности Земли. По этой и другим причинам вода в жизни организмов всегда играла важнейшую роль . Когда жизнь только зарождалась, вода обеспечила ей среду, в которой молекулы могли двигаться и взаимодействовать.
Организмы эволюционировали в воде за 2 млрд. лет до распространения на суше. И сегодня по-прежнему жизнь полностью зависит от воды. Около 2/3 тела любого живого организма составляет это неорганическое вещество, его содержимое колеблется от 10 до 98%, в зависимости от типа клетки. Чем выше интенсивность обмена веществ в клетке, тем выше содержание в ней воды:
- в молодом организме человека или животного 80% воды (у медузы 98%) от массы тела;
- в клетках старого организма – 60%;
- в головном мозге – 85%;
- в клетках эмали зубов – 10-15%.
Сцифомедуза базинга рики (Bazinga rieki)
Автор: Dr Lisa-Ann Gershwin, CC0
Вода в жизни организмов обеспечивает:
- доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела,
- буферизацию (поддержание кислотности) внутренней среды,
- регуляцию температуры тела,
- преобразование пищи в энергию,
- усвоение питательных веществ клетками,
- вывод шлаков и отходов, появившиеся в процессе жизнедеятельности и целый ряд других функций.
Не случайно тропические леса, где дожди идут регулярно, изобилуют жизнью, тогда как пустыни кажутся совсем безжизненными.
Тропические жители
В организмах вода находится в свободном и связанном состояниях.
- Свободная вода присутствует в межклеточном пространстве, в сосудах, вакуолях, в полостях органов и организма. Она служит для переноса веществ в клетку и обратно.
- Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур.
Большую часть плазмы крови составляет вода
Вода в жизни организмов: водородная связь – результат особой структуры атома водорода
Вода в жизни организмов играет роль растворителя. Она имеет простую молекулярную структуру, состоящую из атома кислорода, связанного с двумя атомами водорода. В результате этого молекула является стабильной, она удовлетворяет правилу октета – не имеет непарных электронов и не несёт чистой энергии. Электроотрицательность кислорода намного больше, чем водорода, поэтому связи между этими атомами сильно полярны. Полярность молекулы воды лежит в основе её химических свойств, важных для всего живого.
Самым выдающимся свойством воды является её способность образовывать слабые химические связи, называемые водородными. Они формируются между частично отрицательным атомом кислорода и двумя частично положительными атомами водорода. Эти связи обладают всего 5-10% силы ковалентных скреплений. Но в большом количестве они играют важную роль в построении структур белков, а значит, несут ответственность за химическую организацию живых систем.
Строение молекулы воды
Если рассмотреть молекулу воды, то можно увидеть, что её две ковалентных связи несут частичный заряд на каждом полюсе. Полюс кислорода частично отрицателен (δ –), полюсы водорода частично положительны (δ +). В общей сложности молекула воды несёт 2 отрицательных и 2 положительных заряда. Атом кислорода лежит в центре «пирамиды», атомы водорода занимают две вершины, а частично отрицательные заряды занимают две другие вершины.
Благодаря особому строению молекулы воды, снежинки бывают только шестилучевыми, а не такими как на этом рисунке
Между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы возникает электростатическое притяжение. Каждая молекула воды, подобно маленькому магниту, притягивает к себе еще четыре молекулы и соединяется с ними водородными связями.
Из-за большого количества водородных соединений вода, несмотря на её малую молекулярную массу, при температурах от 0°С до 100°С может сохранять жидкое агрегатное состояние, тогда как подобные ей водородные соединения (например, H2S, NH3 ,HF) являются газами.
Строение молекулы воды
Автор: Booyabazooka, CC BY-SA 3.0
Сцепление жидкой воды отвечает и за её поверхностное натяжение. Поэтому мелкие насекомые могут ходить по воде, а вода поднимается по капиллярам почвы и по сосудам растений.
Примеры поверхностного натяжения воды
Подобные комплексы молекул существенно повышают температуры кипения и таяния воды (по сравнению с похожими молекулами) и увеличивают ее теплоемкость. Они же делают воду очень хорошим растворителем и благоприятной средой для протекания целого ряда реакций.
Взаимодействие молекулы воды с полярными молекулами и ионными соединениями
Полярность воды заставляет её притягиваться к другим полярным молекулам или ионным решёткам. Притяжение других полярных веществ называется адгезией. Вода соединяется с любым веществом, с которым она может образовать водородные связи. Полярные молекулы и ионные соединения растворяются в воде, неполярные (например, масла) нет.
Притяжение воды к веществам, имеющим электрические заряды на поверхности, отвечает за капиллярное действие. Если стеклянную трубку с узким диаметром опустить в стакан с водой, уровень жидкости в трубке поднимется выше, чем в стакане, из-за адгезии воды со стеклянной поверхностью. Чем уже будет трубка, тем сильнее электрические силы между водой и стаканом и тем выше она поднимется. Так капиллярная сила воды помогает ей преодолевать силу притяжения Земли.
Капиллярность воды и ртути
Автор: MesserWoland, CC BY-SA 3.0
Таблица 1. Некоторые свойства воды
Свойство | Объяснение | Примеры пользы для жизни |
Сцепление | Водородные связи удерживают молекулы воды вместе | Листья притягивают воду вверх от корней; семена набухают и прорастают. |
Высокая удельная теплоёмкость и теплопроводность | Когда водородные связи разрываются, они поглощают тепло, а когда образуются – выделяют. Так они минимизируют температуру изменения. | Вода поддерживает постоянство температуры организмов относительно окружающей среды. Благодаря высокой теплопроводности температура равномерно распределяется в теле организма. |
Высокая удельная температура парообразования и конденсации | Чтобы вода испарилась, должно быть разорвано много водородных связей, поэтому этот процесс происходит с затратой большого количества энергии. | Испарение воды с кожи, за счёт траты энергии, охлаждает поверхность тела. |
Более низкая плотность льда | Благодаря водородным связям в кристалле льда молекулы воды расположены относительно далеко друг от друга. Плотность жидкой воды – 0,9982 г/см2. Плотность льда – 0,917 г/см2. | Зимой лёд закрывает водоёмы, поэтому основная их часть не замерзает и обитатели озёр, рек и т. д. не погибают. |
Растворимость | Молекула воды притягивается к полярным соединениям, разрушая их решётки и молекулы, и превращая атомы в ионы. | Многие растворённые молекулы могут свободно перемещаться внутрь клетки, что способствует химическим реакциям. |
Высокая удельная теплоёмкость воды помогает ей поддерживать температуру
Температура каждого вещества является показателем того, насколько быстро движутся его отдельные молекулы. В случае с водой для разрыва большого количества её водородных связей требуется много внешней энергии, это удерживает её молекулы от движения. Следовательно, вода имеет высокую теплоёмкость, определяющуюся как количество теплоты, нужное для изменения температуры 1г вещества на 1°С.
Удельная теплоёмкость измеряет степень, в которой вещество сопротивляется изменению своей температуры. Чем полярнее молекулы вещества, тем выше их удельная теплоёмкость. Теплоёмкость воды равна 4,1806 кДж, она в два раза выше, чем у большинства углеродных соединений и в 9 раз выше железа. Только аммиак, обладающий большей полярностью, чем вода и формирующий сильные водородные связи, имеет более высокую удельную теплоёмкость. Тем не менее, только 20% водородных связей разрушается при нагревании воды от 0° до 100°С.
Из-за высокой теплоёмкости вода нагревается медленнее, чем любая другая смесь и сохраняет тепло дольше. Из-за высокого содержания воды в организмах они могут длительное время поддерживать постоянство своей внутренней температуры. Этому способствует не только высокая теплоёмкость воды, но и её высокая теплопроводность, равномерно распределяющая тепло по телу. Тепло, выделяющееся при химических реакциях внутри клетки, разрушает её, если в ней нет воды, поглощающей это тепло. Вода в жизни организма — играет ведущую роль.
Вода в жизни организмов: высокая температура испарения способствует охлаждению
Удельная температура испарения определяется как количество энергии, требуемое для превращения 1г жидкости в газ. Чтобы произвести такие изменения с водой, нужно 586 Ккал энергии. Испарение воды с какой-либо поверхности охлаждает эту поверхность.
Способ терморегуляции животных
Многие организмы используют это свойство воды для предупреждения перегрева, например, у животных и человека лишнее тепло уходит через потоотделение, многие животные в жару высовывают влажный язык, чтобы с него испарялась вода, облизывают кожу для охлаждения.
Вода в жизни организмов: меньшая плотность твёрдой воды, чем жидкой
При охлаждении вода сначала сжимается. Но происходит это только до температуры 4°С, достигнув самой большой своей возможной плотности, с дальнейшим понижением температуры, вода начинает расширяться. При низких температурах молекулы воды запираются в кристаллическую форму, образуя решётки водородных связей. Так получается лёд.
Кристаллическая решётка льда
Автор: NIMSoffice
Лёд менее плотный, чем жидкость, благодаря тому, что водородные связи в кристаллах располагают атомы относительно далеко друг от друга. Такая необычная особенность позволяет айсбергам плавать. Если бы у воды не было такой способности, почти все водоёмы замерзали бы до дна и их обитатели в них не смогли бы выживать. В этом случае вода в жизни организмов выполняет защитную роль.
Раз при замерзании вода расширяется, то при этом она может разорвать ткани и клетки организмов. Это причина того, почему деревья на зиму прекращают сокодвижение и сбрасывают листья.
Айсберг
Полярные молекулы и ионы растворимы в воде
Молекулы воды собираются вокруг любого вещества, несущего электрический заряд, это могут быть как ионы, так и полярные молекулы. Например, сахароза (столовый сахар) состоит из молекул, содержащих гидроксильные (OH) полярные группы.
Кристаллы сахара легко растворяются, потому что молекулы воды могут образовывать водородные связи с гидроксильными группами молекул сахарозы. Поэтому сахароза считается растворимой в воде. При этом воду называют растворителем, а сахар растворённым веществом.
Растворение
Когда молекула сахарозы отламывается от кристалла, молекулы воды окружают её облаком, образующим гидратационную оболочку, которая препятствует её связыванию с другими молекулами сахарозы. Гидратные оболочки образуют ионы, такие как Na + и Cl –.
Насыщение воды ионами неорганических веществ и их коллоидами называется минерализацией.
К числу выдающихся в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др