Какое свойство воды обусловлено ее полярностью
- 2018
none:
- Полярность молекулы воды
- Почему вода является полярным растворителем
Вода является полярной молекулой, а также действует как полярный растворитель.Когда химическое вещество называется «полярным», это означает, что положительный и отрицательный электрические заряды распределены неравномерно. Положительный заряд исходит от атомного ядра, а электроны поставляют отрицательный заряд. Именно движение электронов определяет полярность. Вот как это работает для воды.
Полярность молекулы воды
Вода (ч2О) является полярным из-за изогнутой формы молекулы. Форма означает большую часть отрицательного заряда от кислорода на стороне молекулы, а положительный заряд атомов водорода находится на другой стороне молекулы. Это пример полярной ковалентной химической связи. Когда растворенные вещества добавляются в воду, они могут зависеть от распределения заряда.
Причина, по которой форма молекулы не является линейной и неполярной (например, как СО2) из-за разницы в электроотрицательности между водородом и кислородом. Значение электроотрицательности водорода равно 2,1, а электроотрицательности кислорода – 3,5. Чем меньше разница между значениями электроотрицательности, тем более вероятно, что атомы образуют ковалентную связь. Большая разница между значениями электроотрицательности наблюдается с ионными связями. Водород и кислород оба действуют как неметаллы в обычных условиях, но кислород несколько более электроотрицателен, чем водород, поэтому два атома образуют ковалентную химическую связь, но она полярна.
Крайне электроотрицательный атом кислорода притягивает к нему электроны или отрицательный заряд, делая область вокруг кислорода более отрицательной, чем области вокруг двух атомов водорода. Электрически положительные части молекулы (атомы водорода) отклоняются от двух заполненных орбиталей кислорода. По сути, оба атома водорода притягиваются к одной и той же стороне атома кислорода, но они настолько далеки друг от друга, насколько могут быть, потому что оба атома водорода несут положительный заряд. Изогнутая конформация – это баланс между притяжением и отталкиванием.
Помните, что хотя ковалентная связь между каждым водородом и кислородом в воде является полярной, молекула воды в целом является электрически нейтральной молекулой. Каждая молекула воды имеет 10 протонов и 10 электронов для суммарного заряда 0.
Почему вода является полярным растворителем
Форма каждой молекулы воды влияет на то, как она взаимодействует с другими молекулами воды и другими веществами. Вода действует как полярный растворитель, потому что она может быть притянута к положительному или отрицательному электрическому заряду растворенного вещества. Небольшой отрицательный заряд вблизи атома кислорода притягивает соседние атомы водорода из воды или положительно заряженных областей других молекул. Слегка положительная водородная сторона каждой молекулы воды притягивает другие атомы кислорода и отрицательно заряженные области других молекул. Водородная связь между водородом одной молекулы воды и кислородом другой удерживает воду вместе и придает ей интересные свойства, однако водородные связи не так прочны, как ковалентные связи. Хотя молекулы воды притягиваются друг к другу посредством водородных связей, около 20% из них в любой момент времени могут свободно взаимодействовать с другими химическими веществами. Это взаимодействие называется гидратацией или растворением.
Источник
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
Источник
- Какое свойство воды обусловлено её полярностью:
а) теплопроводимость;
б) теплоемкость;
в) способность растворять неполярные соединения;
+ г) способность рвстворять полярные соединения?
- У детей развивается рахит при недостатке:
а) марганца и железа;
+б) кальция и фосфора;
в) меди и цинка;
г) серы и азота.
Передача возбуждения по нерву объясняется:
+а) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки;
б) разрывом водородных связей между молекулами воды;
в) полярностью воды;
г) теплопроводимостью воды.
Какое из названных химических соединений не является биополимером?
а) белок;
+б) глюкоза;
в) дезоксирибуклеиновая кислота;
г) целлюлоза.
В клетках животных запасным углеводом является:
а) целлюлоза;
б) крахмал;
в) муреин;
+г) гликоген.
Какое из указанных соединений имеет липидную природу?
а) гемоглобин;
б) инсулин;
+в) тестостерон;
г) пенициллин.
В каком случае правильно указан состав нуклеотида ДНК:
а) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин;
б) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза;
в) остаток фосфорной кислоты, рибоза,гуанин.
+г) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин.
Роль клеточной теории в науке заключается:
а) в открытии ядра клетки;
б) в открытии клетки;
+в) в обобщении знаний о строении организмов;
г) в открытии механизмов обмена веществ в клетке.
На видовую принадлежность клетки указывает:
а) наличие ядра и цитоплазмы;
+б) количество хромосом;
в) количество митохондрий;
г) наличие хромосом.
Основное отличие прокариот от эукариот заключается в том,что прокариоты не имеют:
+а) оформленного ядра;
б) ДНК;
в) РНК;
г) клеточного строения.
Какая из названных структур образована микротрубочками?
а) ложноножка амёбы;
+б) ресничка инфузории;
в) митохондрия;
г) граны хлоропластов.
Исходными материалами для фотосинтеза служат:
а) кислород и углекислый газ;
б) вода и кислород;
+в) углекислый газ и вода;
г) углеводы.
В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:
а) углекислый газ и кислород;
+б) глюкоза, АТФ и кислород;
в) хлорофилл, вода и кислород;
г) углекислый газ, АТФ и хлорофилл.
Синтез белка завершается в момент:
а) узнавание кодона антикодоном;
б) истощения запасов ферментов;
+в) появления на рибосоме « знака препинания»;
г) присоединения аминокислоты к тРНК.
Конечными продуктами окисления органических веществ являются:
а) АТФ и вода;
б) кислород и углекислый газ;
+в) вода, углекислый газ, аммиак;
г) АТФ и кислород.
Непременным участником всех этапов окисления глюкозы являются:
а) кислород;
+б) ферменты;
в) энергия света;
г) углекислый газ.
Молекула глюкозы на превом этапе расщепляется:
а) окисляется до кглекислого газа и воды;
б) не изменяется;
в) превращается в молекулу АТФ;
+г) расщепляется до двух трехуглеродных молекул (ПВК).
Наиболее длительной стадией в клеточном цикле является:
+а) интерфаза;
б) профаза;
в) метафаза;
г) телофаза.
Сколько хроматид содержит пара гомологичных хромосом в метафазе метоза?
+а) четыре;
б) две;
в) восемь;
г) одну.
Бесполым путём могут размножаться:
а) земноводные;
+б) кишечнополостные;
в) насекомые;
г) ракообразные.
В результате мейоза образуются:
+а) споры папоротников;
б) клетки стенок антеридия папоротника;
в) клетки стенок врхегония папоротника;
г) соматические клетки трутней пчел.
Сколько клеток образуется в результате сперматогенеза из двух первичных половых клеток?
а) две;
б) шесть;
в) четыре;
+г) восемь.
Какое из образований цветкового растения имеет триплоидный набор хромосом?
а) зигота;
б) генеративная клетка;
+в) эндосперм
г) вегетативная клетка.
Без метаморфоза развивается:
а) лягушка;
+б) саранча;
в) майский жук;
г) печоночный сосальщик.
Мезодермы нет:
а) у голубя;
б) у собаки;
в) у черепахи;
+г) у медузы.
Аминокислотная последовательность одного белка определяется:
а) группой генов;
+б) одним геном;
в) одной молекулой ДНК;
г) совокупностью генов организма.
Аализирующее скрещивание проводят, для того чтобы:
а) узнать, какой аллель доминирует;
б) узнать, какой аллель рецессивен;
в) вывести чистую линию;
+г) выявить гетерозиготность организма по определённому признаку.
Частота перекреста хромосом зависит:
а) от количества генов в хромосоме;
б) от доминантности или рецессивности генов в хромосоме;
+в) от расстояния между генами;
г) от количества хромосом в клетке.
Какой из перечисленных фактов в большей степени доказывает родство между всеми существующими организмами:
+а) наличие сходных белков у разных организмов;
б) общность строения кровеносной системы млекопитающих;
в) способность к полёту насекомых и птиц;
г) развитие насекомых с метаморфозом?
Какое из утверждений является правильным:
а) дегенерация не бывает прогрессивной;
б) дегенерация ведёт морфофизиологическому прогрессу;
в) дегенерация всегда приводит к вымиранию вида;
+г) дегенерация ведёт к биологическому прогрессу?
Источник
РАЗДЕЛ 1.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
ТЕМА 2.
ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КЛЕТОК. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА: ВОДА И МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ
1. Основные вопросы теории
Молекулярный уровень организации живого
Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех – целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.
Элементный состав клетки
В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.
27 | ||
↓ | ↓ | ↓ |
макроэлементы | микроэлементы | ультрамикроэлементы |
99 % | 10-3 % | 10-6 % |
98% – биогенные: О, С, Н, N K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P. | B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo. | U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs. |
Некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.
Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.
Элемент | Биологическая роль |
О, Н | входят в состав воды. |
С, О, Н, N | входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов. |
K, Na, Cl | обеспечивают проведение нервного импульса. |
Ca | компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов. |
Mg | структурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рибосом и митохондрий. |
Fe | структурный компонент гемоглобина, миоглобина. |
S | входит в состав серосодержащих аминокислот, белков. |
P | входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани. |
B | необходим некоторым растениям. |
Mn, Zn, Cu | активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания. |
Zn | входит в состав инсулина. |
Cu | входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков. |
Co | входит в состав витамина В12. |
F | входит в состав эмали зубов. |
I | входит в состав тироксина. |
Химические вещества клетки | |
↓ | ↓ |
неорганические | органические |
вода – 7585%; минеральные соли – 11,5%. | белки – 10 – 20%; углеводы – 0,2 – 2%; липиды – 1 – 5%; нуклеиновые кислоты – 1 – 2%. |
Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе
Строение и свойства воды | Биологические функции воды |
1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна. | 1. Вода – среда для протекания биохимических реакций в клетках. 2. Вода – донор электронов, источник ионов водорода и свободного кислорода при фотосинтезе. 3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении. 4. Вода обусловливает рН среды, что определяется концентрацией Н+ и ОН-. |
2. Полярность, молекула воды – диполь. | 5. Вода – универсальный растворитель для полярных веществ. По растворимости в воде все вещества подразделяют на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (нерастворимые). 6. Вода – среда для транспорта веществ. |
3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды. … – водородная связь. | 7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е). 8. При замерзании вода расширяется (т.к. образуется много водородных связей), лед легче воды, плавает на её поверхности, самая «тяжелая вода» при t +40, что спасает жизнь водным обитателям зимой. |
4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься. | 9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление). 10. Вода – смазывающее вещество в биологических системах (синовиальная жидкость, плевральная жидкость, слизь). |
Минеральные соли, их значение
Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.
Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:
- Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.
- Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.
- От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.
Буферные свойства клетки | |
↓ | ↓ |
фосфатная буферная система | бикарбонатная буферная система |
анионы фосфорной кислоты (Н2РО4- , НРО42-) | анионы угольной кислоты (НСО3-) |
рН внутриклеточной среды на уровне 6,9 | рН внеклеточной среды на уровне 7,4 |
- Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.
В твердом состоянии минеральные соли Са3 (РО4)2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.
2. Тесты с выбором одного правильного ответа
1. Какой из химических элементов одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот?
а) калий;
б) фосфор;
в) кальций;
г) цинк.
2. У детей развивается рахит при недостатке:
а) марганца и железа;
б) кальция и фосфора;
в) меди и цинка;
г) серы и азота.
3. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:
а) изменением концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки;
б) разрывом водородных связей между молекулами воды;
в) изменением концентрации водородных ионов;
г) теплопроводностью воды.
4. Основу реакционного центра хлорофилла составляет атом:
а) Na;
б) K;
в) Mg;
г) Cl.
5. К биогенным элементам относятся:
а) C, P, O, N;
б) Ca, Cl, N, O;
в) C, H, O, N;
г) H, O, C, Na.
6. При замерзании воды расстояние между её молекулами:
а) уменьшается;
б) увеличивается;
в) не изменяется.
7. Какое из свойств воды обусловлено её полярностью?
а) теплопроводность;
б) теплоемкость;
в) способность растворять неполярные соединения;
г) способность растворять полярные соединения.
8. Какие химические связи возникают между атомами в молекуле воды?
а) ковалентно-неполярные;
б) ковалентно-полярные;
в) ионные;
г) водородные.
9. Поверхностное натяжение воды обусловлено:
а) ковалентными связями;
б) ионными связями;
в) водородными связями.
10. При испарении воды с поверхности тела расстояние между её молекулами:
а) увеличивается;
б) уменьшается;
в) не изменяется.
11. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?
а) высокая теплоемкость;
б) медленный нагрев и остывание;
в) высокая теплопроводность;
г) полярность молекул.
12. Твердость кости придают:
а) аминокислоты;
б) липиды и углеводы;
в) глюкоза и гликоген;
г) минеральные соли.
13. Почему в магазинах продают соль, обогащенную йодом?
а) йод влияет на изменение состава крови;
б) йод нормализует деятельность щитовидной железы;
в) йод предупреждает заболевание туберкулезом;
г) йод способствует образованию витамина D.
14. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются:
а) гидрофобными;
б) гидроидными;
в) гидрогенными;
г) гидрофильными.
15. К органическим веществам клетки относятся:
а) белки и липиды;
б) минеральные соли и углеводы;
в) вода и нуклеиновые кислоты:
г) все правильно.
3. Заполните пропуски
(заполните пропуски в предложениях, используя слова,
выделенные курсивом)
В молекуле воды (1…) атом кислорода (2…) связан с (3…) атомами водорода. Молекула воды (4…), т.к. кислород электроотрицательнее водорода. Между атомом кислорода одной молекулы и атомом (5…) другой молекулы воды образуется (6…).
Полярностью молекул воды обеспечивается ее способность (7…) другие полярные соединения. А наличием множества слабых водородных связей обеспечиваются такие её свойства, как высокая (8…) и (9…). Максимальную плотность вода имеет при температуре (10…). Поэтому лед (11…) воды и плавает на её поверхности. По отношению к воде все вещества клетки делятся на (12…) и (13…). К гидрофильным веществам относятся (14…), (15…), а к гидрофобным – (16…).
(Глюкоза, один, водорода, двумя, водородная связь, ковалентно, теплоемкость, полярна, теплопроводность, растворять, +40С, соли, легче, гидрофобные, гидрофильные, жиры.)
4. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их
(укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, объясните их)
1. Вода – одно из самых распространенных органических веществ на Земле. 2. В клетках костной ткани до 20% воды, а в клетках мозга до 85%. 3. Свойства воды определяются структурой её молекул. 4. Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения. 5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.
Источник