Генетические аспекты воды

Структура воды

Большое генетическое значение современная наука придает структуре воды.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Все многообразие свойств воды и необычность их проявления в конечном счете определяется физической природой этих атомов и способов их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода расположены так относительно друг от друга, что образуют как бы равнобедренный треугольник со сравнительно крупным ядром кислорода в вершине и двумя ядрами водорода у основания . В молекуле воды имеются четыре полюса зарядов : два отрицательных за счет избытка электронной плотности у кислородных пар электронов и два положительных — вследствие недостатка электронной плотности у ядер водорода — протонов. Вследствие такой ассиметричности распределение электрических зарядов молекула воды обладает ярко выраженными полярными свойствами: она является диполем с высоким дипольным моментом — 1,87 дебал.

Благодаря этому молекулы воды стремятся нейтрализовать электрическое поле других молекул, растворенных в воде. Под воздействием диполей воды на поверхности погруженных в нее веществ межатомные и межмолекулярные силы ослабевают в 80 раз. Столь высокая диэлектическая проницаемость из всех известных веществ присуща только воде. Этим объясняется ее способность быть универсальным растворителем Диэлектрическая проницаемость льда в 20 раз ниже.

«Помогая» контактирующим с ней молекулам разлагаться на ионы (например, на ионы солей, кислот), сама вода проявляет большую устойчивость. Из 1 млрд. молекул воды диссоциированными при обычной температуре оказываются лишь две, при этом протон не сохраняется в свободном состоянии, а вероятнее всего входит в состав иона гидроксония. Это делает воду плохим проводником тока: электропроводность химически чистой воды при t= 18 оС составляет 3,8 х 10-8 0М -1 см -1.

Вода химически не изменяется под действием большинства тех соединений, которые она растворяет, и не изменяет их. Это характеризует ее как инертный растворитель, что важно для живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно измененном виде. Как растворитель вода многократно используется, неся в своей структуре память о ранее растворенных в ней веществах.

Молекулы в объеме воды сближаются противоположными зарядами — возникают межмолекулярные водородные связи между ядрами водорода и неподеленными электронами кислорода, насыщая электронную недостаточность водорода одной молекулы воды и фиксируя его по отношению к кислороду другой молекулы. Тетраэдрическая направленность водородного облака позволяет образовать четыре водородные связи для каждой водной молекулы, которая благодаря этому может ассоциировать с четырьмя соседними.

Водородные связи в несколько раз слабее ковалентных связей, объединяющих атомы кислорода и водорода. Макромолекулярная структура воды с большим количеством полостей позволяет ей, разрывая водородные связи, присоединять молекулы или части молекул других веществ, способствуя их растворению. У воды в жидком состоянии наиболее устойчивые ассоциаты состоят из двух молекул воды.

Сравнивая воду — гидрид кислорода с гидридами элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева, следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при t 90 оС и замерзать при t 70 оС. Но в обычных условиях вода замерзает при t 0 оС и закипает при t 100 оС. Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность воды складывается и на очень высокой теплоте ее парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, уже нагретой до t 100 оС, требуется в шесть раз больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 80 оС. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. По сравнению с другими веществами, она способна воспринимать гораздо больше тепла, существенно не нагреваясь. Вода выступает как бы регулятором температуры, сглаживая благодаря своей большой теплоемкости резкие температурные колебания. В интервале от 0 до 37 оС теплоемкость воды падает и только после 37 оС начинает повышаться. Минимум теплоемкости воды соответствует t 36,79 оС, -нормальной температуре человеческого тела.

Биологическая целесообразность поддержания температуры тела вблизи минимального значения теплоемкости воды может быть связана с микрофазными превращениями в системе «жидкость-кристалл», т.е. «вода-лед». При изменении t от 0 до 100 оС в нормальных условиях вода последовательно проходит пять фазовых состояний. Температурными границами существования фаз служит величины 0; 15; 30; 45;: 60 и 100 оС, причем первая фаза характеризуется гексагональной кристаллической структурой, а остальные четыре — кубической. Границы третьей фазы (30-45 оС) очерчивают температурную область жизни теплокровных животных. Другие виды животных организмов приспособились к иным температурным интервалам.

Написать ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *