Чем обусловлена полярность воды

Уникальные свойства воды

1. Вода полярная. Молекулы воды полярны, с частичным положительным зарядом на атомах водорода, частичным отрицательным зарядом на кислороде и изогнутой общей структурой. Это связано с тем, что кислород более электроотрицателен, а это означает, что он лучше, чем водород, притягивает электроны.
2. Вода отличный растворитель. Вода обладает уникальной способностью растворять многие полярные и ионные вещества. Это важно для всех живых существ, потому что, когда вода проходит через круговорот воды, она забирает с собой много ценных питательных веществ!
3. Вода обладает высокой теплоемкостью. Чтобы повысить температуру определенного количества воды на градус, требуется много энергии, поэтому вода помогает регулировать температуру в окружающей среде. Например, это свойство позволяет температуре воды в пруду оставаться относительно постоянной днем и ночью, независимо от изменения температуры воздуха.
4. Вода имеет высокую теплоту испарения. Люди (и другие животные, которые потеют) используют высокую теплоту испарения воды для охлаждения. Вода превращается из жидкой формы в пар при достижении теплоты испарения. Поскольку пот состоит в основном из воды, испаряющаяся вода поглощает избыточное тепло тела, которое выделяется в атмосферу. Это называется испарительным охлаждением
5. Вода обладает когезионными и адгезионными свойствами. Молекулы воды обладают сильными силами сцепления из-за их способности образовывать водородные связи друг с другом. Силы сцепления ответственны за поверхностное натяжение тенденцию поверхности жидкости сопротивляться разрыву, когда она находится под напряжением или напряжением. Вода также обладает адгезионными свойствами, которые позволяют ей прилипать к другим веществам, кроме нее самой.
Эти когезионные и адгезионные свойства необходимы для переноса жидкости во многих формах жизни. Например, они позволяют транспортировать питательные вещества к верхушке дерева против силы тяжести.
6. Вода менее плотная в твердом виде, чем в жидкой. Когда вода замерзает, молекулы образуют кристаллическую структуру, которая разделяет молекулы дальше, чем в жидкой воде. Это означает, что лед менее плотный, чем жидкая вода, поэтому он плавает.
Это свойство важно, поскольку оно защищает пруды, озера и океаны от замерзания и позволяет жизни продолжать процветать под ледяной поверхностью.
Распространенные ошибки и заблуждения
• Вода растворяет все, потому что это «универсальный растворитель». Вода обладает способностью растворять многие вещества, но термин «универсальный растворитель» вводит в заблуждение. Вода способна растворять другие полярные молекулы и ионы, такие как сахара и соли. Однако неполярные молекулы, такие как масла, не имеют частичных положительных или частичных отрицательных зарядов, поэтому они не притягиваются к молекулам воды. Вот почему неполярные вещества, такие как масло, остаются отдельными при добавлении в воду.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Полярность воды обусловливает возникновение водородных связей между атомами водорода одной молекулы воды и атомами кислорода соседних молекул ( рис. VII. [2]

Изменение плотно-родных связей является достаточная полярность сти воды с температурой, валентных связей водорода в исходных молекулах. [5]

По данным М. П. Гавриша, И. С. Галинкора и С. П. Малинина снижение полярности воды с ростом температуры способствует растворимости неполярных органических соединений. По мнению А. М. Блох, поверхностные силы минеральных частиц, как и температура, но еще более интенсивно снижают полярность связанной воды, тем самым существенно повышают растворимость УВ. Таким образом, поровые воды способны растворять огромные объемы жидких и газообразных УВ и тем самым обеспечивать их вынос из материнских пород. [6]

Жидкая вода состоит из короткоживущих скоплений ( кластеров) молекул, связанных друг с другом водородными связями. Полярность воды и сильно выраженная способность ее молекул образовывать водородные связи делает воду прекрасным растворителем для многих ионных соединений и других веществ, имеющих полярные молекулы. Вода диспергирует также амфипатические вещества, например мыла, с образованием агрегатов молекул, называемых мицеллами, в которых гидрофобные группы спрятаны внутри и не контактируют с водой, тогда как заряженные группы расположены на внешней поверхности. [10]

Известно, что сверление и шлифовка металлов сильно облегчаются смачиванием водным раствором мыла и сапонина, а для стекла ту же роль играют растворы канифоли, камфоры и других поверхностно активных веществ в керосине. Эти факты находятся в полном согласии с вышеизложенным ( § 282 / полярность воды значительно выше полярности керосина, а полярность металлов значительно выше полярности воды. [15]

Источник

Вода, химия жизни

Когда мы пытаемся определить, есть ли жизнь на Марсе или других планетах, специалисты в первую очередь пытаются установить, имеется ли там вода. Почему? Потому что на Земле жизнь полностью зависит от воды.

Большая часть живого, как растений, так и животных, основано на воде. Вся жизнь на Земле, как полагают, возникла из воды. Тела всех живых организмов состоят в основном из воды. От 70 до 90 процентов всей органической материи — это вода.

Химические реакции во всех растениях и животных, которые поддерживают жизнь, происходят в водной среде. Вода не только обеспечивает среду, которая делает возможными эти поддерживающие жизнь реакции, но вода сама по себе часто является важным реагентом или продуктом этих реакций. Короче, химия жизни — это химия воды.

Вода — универсальный растворитель

Вода является универсальным, прекрасным растворителем из-за заметной полярности молекулы воды и ее тенденции к формированию водородных связей с другими молекулами. Одна молекула воды, обозначаемая химическим символом Н2О, состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода.

Одиночный атом водорода содержит один положительно заряженный протон в центре и один отрицательно заряженный электрон, вращающийся вокруг него по трехмерной оболочке. С другой стороны, кислород содержит 8 протонов в своем ядре и 8 электронов, вращающихся вокруг него. В химическом обозначении это часто изображается, как буква О, окруженная восьмью точками, представляющими 4 набора спаренных электронов.

Единственный электрон водорода и 8 электронов кислорода — это ключ к химии жизни, потому что именно здесь атомы водорода и кислорода соединяются, чтобы образовать молекулу воды или расщепиться, чтобы образовать ионы.

Водород стремится ионизироваться путем потери своего единственного электрона и образования одиночных ионов Н+, которые являются просто изолированным протонами, поскольку атом водорода не содержит нейтронов. Водородная связь образуется, когда электрон одиночного атома водорода делится с другим электроотрицательным атомом, таким как кислород, у которого не достает электрона.

Полярность молекул воды

В молекуле воды два атома водорода ковалентно связаны с атомом кислорода. Поскольку атом кислорода больше, чем атомы водорода, его притяжение для атомов водорода соответственно больше, так что электроны втягиваются ближе в оболочку более крупного атома кислорода из оболочек водорода. Это означает, что, хотя молекула воды в целом стабильна, большая масса ядра водорода стремится захватить все электроны молекулы, включая электроны, которые он делит с водородом, придавая кислородной части молекулы небольшой отрицательный заряд.

Оболочки атомов водорода, из-за того, что их электроны ближе к кислороду, приобретают слегка положительный заряд. Это означает, что молекулы воды стремятся к образованию слабых связей с молекулами воды, поскольку кислородный конец молекулы отрицателен, а водородный конец — положителен.

Атом водорода, оставаясь ковалентно связанным с кислородом собственной молекулы, может образовывать слабую связь с кислородом другой молекулы. Точно так же кислородный конец молекулы может образовывать слабое притяжение с водородными концами других молекул. Поскольку молекулы воды обладают такой полярностью, вода является непрерывной химической сущностью.

Эти слабые связи играют решающую роль в стабилизации формы многих больших молекул, обнаруживаемых в живой материи. Поскольку эти связи слабы, они готовы порваться и снова образовываться в ходе нормальных физиологических реакций. Разрыв и восстановление таких слабых связей является сутью химии жизни.

Чтобы проиллюстрировать способность воды разрушать другие вещества, рассмотрим простой пример, когда небольшое количество поваренной соли помещается в стакан водопроводной воды. У сухой соли (NaCl) притяжение между положительными атомами натрия (Na+) и отрицательными атомами хлора (Cl-) соли очень сильно до тех пор, пока ее не поместят в воду. После того, как соль помещена в воду, притяжение отрицательного кислорода молекулы воды в отношении положительно заряженных ионов натрия, и одновременно притяжение положительного водородного конца молекулы воды в отношении отрицательно заряженных ионов хлора оказывается больше, чем взаимное притяжение между ионами Na+ и Cl-. В воде ионные связи в молекуле хлористого натрия легко рвутся из-за конкурирующего действия многочисленных молекул воды.

Как видно из этого простого примера, даже хрупкая конфигурация отдельных молекул воды позволяет им разорвать относительно более сильные связи «общими усилиями». Вот почему мы зовем воду универсальным растворителем. Естественное растворение рвет связи в более крупных и комплексных молекулах. Это и есть химия жизни на Земле, в воде и на суше.

В основном восстановление означает добавление электрона (е-), а его противоположность, окисление означает отбор электрона. Добавление электрона, восстановление, накапливает энергию в восстановленном соединении. Отбор электрона, окисление, высвобождает энергию из окисляемого соединения. Когда одно вещество восстанавливается, другое — окисляется.

Чтобы пояснить термины, рассмотрим две молекулы, например, А и В. Когда молекулы А и В приходят в соприкосновение, вот что получается:

В захватывает электрон из молекулы А.
Молекула А окисляется, поскольку она потеряла электрон.
Чистый заряд В был восстановлен (уменьшен), поскольку она получила отрицательный электрон (е-).

В биологических системах отбор или добавление электрона составляет наиболее распространенный механизм окислительно-восстановительных реакций. Эти окислительно-восстановительные реакции часто называют ОВР.

Кислота — это вещество, которое увеличивает концентрацию ионов водорода (Н+) в воде.

Основание — это вещество, которое уменьшает концентрацию ионов водорода, увеличивая концентрацию гидроксидных ионов ОН+.
Степень кислотности или щелочности раствора измеряется в терминах величины, известной, как рН, которая является отрицательным логарифмом концентрации ионов водорода:

Что такое рН?

По шкале рН, которая имеет диапазон от 0 на кислотном конце до 14 на щелочном конце, раствор является нейтральным, если его рН равно 7. При рН 7 вода содержит равные концентрации ионов Н+ и ОН-. Вещества с рН меньше 7 являются кислотами, поскольку они содержат более высокую концентрацию ионов Н+. Вещества с рН более 7 являются щелочами, поскольку они содержат более высокую концентрацию ОН-, чем Н+. Шкала рН является логарифмической шкалой, поэтому изменение рН на единицу означает десятикратное изменение концентрации ионов водорода.

Важность балансирования рН

Все живое чрезвычайно чувствительно к рН и функционирует наилучшим образом (за некоторыми исключениями, такими как определенные отделы пищеварительного тракта), когда растворы близки к нейтральным. Большая часть внутренней живой материи (за исключением ядер клеток) имеет рН около 6,8.

Плазма крови и другие жидкости, окружающие клетки в теле, имеет рН от 7,2 до 7,3. Многочисленные специальные механизмы помогают стабилизировать эти жидкости, так чтобы клетки не подвергались ощутимым флуктуациям рН. Вещества, которые служат в качестве механизма стабилизации рН, называются буферами. Буферы обладают способностью связывать ионы и удалять из из раствора, когда их концентрация начинает расти. Соответственно, буферы могут высвобождать ионы, когда их концентрация начинает падать. Таким образом, буферы помогают минимизировать флуктуации рН. Это важная функция, поскольку многие биохимические реакции, нормально протекающие в живых организмах, или высвобождают, или используют ионы.

Кислород: слишком много хорошего?

Кислород очень важен для жизни. В воздухе он относительно стабилен, но, будучи в слишком больших количествах поглощен телом, он может стать активным и нестабильным, и имеет тенденцию прикреплять себя к биологическим молекулам, включая молекулы здоровых клеток. Химическая активность таких свободных радикалов обусловлена одной или более пар несвязанных электронов.

Около 2% кислорода, которым мы обычно дышим, становятся активным кислородом, и это количество возрастает примерно до 20% при занятиях аэробикой.

Такие свободные радикалы с несвязанными электронами являются нестабильными и имеют высокий окислительно-восстановительный потенциал, что означает, что они способны похищать электроны у других клеток. Такой химический механизм очень полезен в дезинфицирующих средствах, таких как перекись водорода и озон, которые можно использовать для стерилизации ран или медицинских инструментов. Внутри организма такие свободные радикалы очень полезны из-за их способности атаковать и уничтожать бактерии, вирусы и отходы.

Активный кислород в теле

Однако, возникают проблемы, когда слишком много таких свободных радикалов высвобождается в теле, где они могут повредить также и нормальные ткани.

Разложение начинается, когда микробы из воздуха поглощают белки, пептиды и аминокислоты яиц, рыбы и мяса. Результатом является масса неприятных веществ, таких как:
Сероводород
Аммиак
Гистамины
Индолы
Фенолы
Скатолы

Эти вещества также образуются естественным образом в пищеварительном тракте, когда мы перевариваем пищу, что приводит к неприятному запаху фекалий. Разложение испорченных продуктов вызывается микробами, присутствующими в воздухе, этот естественный процесс воспроизводится в пищеварительном тракте кишечными микробами. Все эти отходы пищеварения патогенны, то есть они могут вызвать болезнь в теле.

Сероводород и аммиак являются тканевыми токсинами, которые могут разрушать печень. Гистамины вносят свой вклад в аллергические расстройства, такие как аллергический дерматит, крапивница и астма. Индолы и фенолы считаются канцерогенными. Поскольку такие продукты, как сероводород, аммиак, гистамины, фенолы и индолы являются токсичными, защитные механизмы организма пытаются удалить их, высвобождая нейтрофилы (тип лейкоцитов или белых кровяных телец). Эти нейтрофилы вырабатывают активный кислород, нетипичные молекулы кислорода, которые способны очистить разлагающиеся ткани, отбирая электроны у молекул токсичных клеток.

Однако возникают проблемы, когда организм вырабатывает слишком много молекул активного кислорода или свободных радикалов. Они чрезвычайно активны и могут присоединяться к нормальным, здоровым клеткам и повреждать их генетически. Такие активные кислородные радикалы крадут электроны у нормальных, здоровых биологических молекул. Такой захват электронов активным кислородом окисляет ткань и может вызвать болезнь.

Эффект окисления жизненно важных органов

ПеченьГепатит, цирроз, ракПоджелудочная железаПанкреатит, диабет, ракПочкиНефрит, нефроз, рак

Поскольку активный кислород может повредить нормальные ткани, очень важно удалить такой активный кислород из организма до того, как он сможет вызвать разложение здоровой ткани. Если мы можем найти эффективный метод блокировки окисления здоровой ткани активным кислородом, мы можем попытаться предотвратить болезнь.

Сероводород, аммиак, гистамины, индолы,
фенолы и скатолы присутствуют в пищеварительном
тракте человеческого организма
Y
Чтобы защитить организм от нарушений, вызываемых
сероводородом, аммиаком, гистаминами, индолами,
фенолами и скатолами, нейтрофилы (лейкоциты)
вырабатывают активный кислород для окисления этих
отходов пищеварения
Y
Происходит избыток в производстве активного кислорода
Y
Избыточный активный кислород может повредить
Молекулы нормальных, здоровых биологических клеток
и изменить их генетический код

Антиоксиданты блокируют опасное окисление

Один их путей защитить здоровую ткань от разрушений окисления, вызванного активным кислородом, — это дать свободные электроны активным кислородным радикалам, таким образом, нейтрализуя их высокий окислительный потенциал и предотвращая их реакцию со здоровой тканью.

Исследования связи между диетой и раком далеки от завершения, но некоторые факты указывают: то, что мы едим, может повлиять на нашу восприимчивость к раку. Некоторые виды пищи, возможно, помогают защититься от рака, другие, возможно, способствуют его развитию.

Многие нарушения, вызываемые канцерогенными веществами в пище, могут происходить из-за окислительной реакции в клетке. В этом процессе нетипичные молекулы кислорода могут нарушать генетический код клетки. Некоторые исследователи полагают, что вещества, которые предотвращают окисление, называемые АНТИОКСИДАНТАМИ, могут блокировать повреждения. Это, естественно, приводить к теории о том, что прием естественных антиоксидантов может быть важным аспектом защиты организма от рака. Вещества, которые, по их мнению, защищают от рака, включают витамин С, витамин Е, бета-каротин, селен и глутатион (аминокислота). Эти вещества являются восстановительными агентами. Они поставляют электроны свободным радикалам и блокируют взаимодействие свободных радикалов с нормальной тканью.

Как можно избежать болезни

Как было отмечено ранее, присутствие токсичных отходов пищеварения, таких как сероводород, аммиак, гистамины, индолы, фенолы и скатолы влияют на неприятный запах человеческих фекалий. Из медицинской практики хорошо известно, что пациенты, страдающие гепатитом или циррозом, имеют особенно зловонный стул.

Особое зловоние стула вызвано присутствием токсинов, которые являются индикаторами определенных заболеваний, а организм реагирует на присутствие таких токсинов выработкой лейкоцитов нейтрофилов для высвобождения активного кислорода в попытке нейтрализовать нарушения в организме, которые могут быть вызваны такими отходами пищеварения. Но когда производится избыточное количество активного кислорода, он может разрушать здоровые клетки одновременно с нейтрализацией токсинов. Это приводит нас к заключению о том, что мы можем минимизировать вредное действие радикалов активного кислорода путем их восстановления, обильно поставляя электроны.

Вода, нейтральный раствор

Нет замены здоровой, сбалансированной диете особенно богатой ангтиоксидантами, такими как витамин С, витамин Е, бета-каротин и другими полезными питательными веществами. Однако эти вещества не являются лучшими источниками свободных электронов, которые могут остановить окисление здоровой ткани активным кислородом.

Вода, обработанная электролизом для увеличения восстановительного потенциала, является наилучшим решением проблемы обеспечения безопасным источником свободных электронов для прекращения окисления нормальной ткани радикалами свободного кислорода. Мы полагаем, что восстановленная вода, вода с избытком свободных электронов, чтобы доставить их активному кислороду, является наилучшим решением, поскольку:

Восстановительный потенциал воды может быть существенным образом увеличен по сравнению с другими антиоксидантами в пище или витаминными добавками.

Молекулярный вес восстановленной воды низок, что делает ее быстродействующей, способной проникнуть во все ткани организма в короткий срок.

Что такое ИОНИЗИРОВАННАЯ ВОДА (Микровода)?

Ионизированная вода — это продукт умеренного электролиза, который происходит в приборе для ионизации воды. Производство ионизированной воды, ее свойства и как она работает в человеческом организме — все это описано в следующем разделе. Ионизированная вода — это обработанная водопроводная вода, которая была не только отфильтрована, но также была преобразована так, что получилась восстановленная вода с огромным количеством электронов, которые могут быть доставлены активному кислороду в организме, чтобы прекратить окисление нормальных клеток.

Водопроводная вода: чем она является и чем не является?

Нормальная водопроводная вода, например, с рН = 7, почти нейтральна по шкале рН от 0 до 14. Если измерить ее окислительно-восстановительный потенциал с помощью специального измерителя, он окажется равным примерно от + 400 до +500 мВ. Поскольку вода имеет положительный окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), она стремится к захвату электронов и окислению других молекул. Восстановленная Ионизированная Вода, с другой стороны, имеет отрицательный ОВП примерно от — 250 до — 350 мВ. Это означает, что у нее есть огромная масса электронов, готовых поступить к страдающему недостатком электронов активному кислороду.

С помощью электролиза восстановленная вода не только приобретает избыточное количество электронов (е-), но и кластеры воды, видимо, уменьшают размеры от 10 — 13 молекул на кластер до 5 — 6 молекул на кластер.

Сравнение окислительно-восстановительного потенциала

После ионизации в устройстве Ионизации Воды, восстановленная вода выходит из катодной части, а окисленная вода — из анодной части. Сравним измерения для этих трех типов воды: водопроводной воды до электролиза, восстановленной воды и окисленной воды.

Источник

Чем обусловлена полярность воды

Химические связи, обусловливающие поверхностное натяжение воды, называются:

1) ковалентными
2) ионными
3) водородными
4) гидрофобными

Свойства воды

Между атомами в молекуле воды возникают химические связи:

1) ковалентно-неполярные
2) ковалентно-полярные
3) ионные
4) водородные

Передача возбуждения

Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:

1) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки
2) разрывом водородных связей между молекулами воды
3) изменением концентрации водородных ионов
4) теплопроводностью воды

Рахит

У детей развивается рахит при недостатке:

1) марганца и железа
2) кальция и фосфора
3) меди и цинка
4) серы и азота

Свойства воды

При температуре воды 3°С расстояние между ее молекулами:

1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) сначала увеличивается, затем уменьшается

Свойства воды

Полярностью воды обусловлена ее:

1) теплопроводность
2) теплоемкость
3) способность растворять неполярные соединения
4) способность растворять полярные соединения

Гидрофобные вещества

Из перечисленных веществ является гидрофобным:

1) спирт
2) сахар
3) жир
4) марганцовокислый калий

Ионный транспорт

Примером активного ионного транспорта является:

1) работа калий-натриевого насоса
2) диффузия воды через поры клеточной стенки
3) диффузия кислорода при дыхании
4) фильтрация крови в почечной капсуле

Хлорофилл

Из перечисленных элементов в молекуле хлорофилла содержится:

1) натрий
2) калий
3) фосфор
4) магний

Химическое строение

Из перечисленных химических элементов в клетках в наименьшем количестве содержится:

1) азот
2) кислород
3) углерод
4) водород

Источник