Значение воды для живых организмов и человека. Пептиды в косметологии Какое значение имеет вода для живых организмов

Вода - уникальнейшее вещество, основа всех живых организмов на планете. Она может приобретать различную форму и находиться в трех состояниях. Какие основные физические и химические свойства воды? Именно о них пойдет речь в нашей статье.

Вода - это...

Вода - это самое распространенное на нашей планете неорганическое соединение. Физические и химические свойства воды определяются составом её молекул.

Так, в структуре молекулы воды содержится два атома водорода (Н) и один атом кислорода (О). В нормальных условиях внешней среды это безвкусная жидкость без запаха и окраса. Вода также может находиться в других состояниях: в виде пара или же в форме льда.

Более 70 % нашей планеты покрыто именно водой. Причем около 97 % приходится на моря и океаны, поэтому большая её часть не годится для употребления человеком. О том, каковы основные химические свойства питьевой воды - вы узнаете далее.

Вода в природе и жизни человека

Вода - обязательный компонент любого живого организма. В частности, человеческий организм, как известно, более чем на 70 % состоит именно из воды. Более того, ученые предполагают, что именно в этой среде зародилась жизнь на Земле.

Вода содержится (в форме водяного пара или капель) в разных слоях атмосферы. На поверхность земли из атмосферы она попадает в виде дождя или других осадков (снега, росы, града, инея) посредством процессов конденсации.

Вода выступает объектом исследований для целого ряда научных дисциплин. Среди них - гидрология, гидрография, гидрогеология, лимнология, гляциология, океанология и другие. Все эти науки, так или иначе, изучают физические, а также химические свойства воды.

Вода активно используется человеком в его хозяйственной деятельности, в частности:

• для выращивания сельскохозяйственных культур;
• в промышленности (в качестве растворителя);
• в энергетике (в качестве теплоносителя);
• для тушения пожаров;
• в кулинарии;
• в фармации и так далее.

Разумеется, чтобы эффективно использовать это вещество в хозяйственной деятельности, следует детально изучить химические свойства воды.

Разновидности воды

Как уже упоминалось выше, вода в природе может находиться в трех состояниях: жидком (собственно, вода), твердом (кристаллы льда) и газообразном (пар). Она также может приобретать любые формы.

Существует несколько видов воды. Так, в зависимости от содержания катионов Са и Na, вода может быть:

• жесткая;
• мягкая.

• пресная;
• минеральная;
• солоноватая.

В эзотерике и некоторых религиях бывает вода:

• мертвая;
• живая;
• святая.

В химии также существуют такие понятия, как дистиллированная и деионизированная вода.

Формула воды и её биологическое значение

Оксид водорода - так именуют данное вещество химики. Формула воды следующая: H 2 O. Она означает, что это соединение состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Уникальные химические свойства воды определили её исключительную роль для жизни живых организмов. Именно благодаря воде биологическая жизнь существует на нашей планете.

Самая уникальная особенность воды заключается в том, что она прекрасно растворяет в себе огромное количество других веществ (как органического, так и неорганического происхождения). Важное последствие этой особенности состоит в том, что все химические реакции в живых организмах протекают достаточно быстро.

Кроме этого, благодаря уникальным свойствам воды, она пребывает именно в жидком состоянии, при крайне широком температурном диапазоне.

Физические свойства воды

Благодаря уникальным водородным связям, вода, при стандартных условиях среды, находится в жидком состоянии. Этим объясняется крайне высокая температура кипения воды. Если бы молекулы вещества не были связаны этими водородными связями, то вода закипала бы при +80 градусах, а замерзала - аж при -100 градусах.

Вода закипает при +100 градусах по Цельсию, а замерзает - при нуле градусов. Правда, при определенных, специфических условиях она может начать замерзать и при плюсовых значениях температуры. При замерзании вода увеличивается в своем объеме (за счет уменьшения плотности). Кстати, это чуть ли не единственное вещество в природе, обладающее подобным физическим свойством. Помимо воды, при замерзании расширяется лишь висмут, сурьма, германий и галлий.

Вещество также характеризуется высокой вязкостью, а также довольно сильным поверхностным натяжением. Вода - отличный растворитель для полярных веществ. Также следует знать, что вода очень хорошо проводит через себя электричество. Эта особенность объясняется тем, что в воде почти всегда находится большое количество ионов растворенных в ней солей.

Химические свойства воды (8 класс)

Молекулы воды имеют крайне высокую полярность. Поэтому это вещество в реальности состоит не только из простых молекул вида H 2 O, но и из сложных агрегатов (формула - (H 2 O) n).

В химическом плане вода очень активна, она вступает в реакции со многими другими веществами, даже при обычных температурах. При взаимодействии с оксидами щелочных, а также щелочноземельных металлов, она образует основания.

Вода также способна растворять в себе широкий спектр химических веществ - соли, кислоты, основания, некоторые газы. За это свойство её часто называют универсальным растворителем. Все вещества, в зависимости от того, растворяются они в воде или нет, принято делить на две группы:

• гидрофильные (хорошо растворяются в воде) - соли, кислоты, кислород, углекислый газ и т. д.;
• гидрофобные (плохо растворяются в воде) - жиры и масла.

Вода также вступает в химические реакции и с некоторыми металлами (например, с натрием), а также принимает участие в процессе фотосинтеза растений.

В заключение...

Вода - самое распространенное среди неорганических веществ на нашей планете. Она содержится практически везде: на земной поверхности и в её недрах, в мантии и в горных породах, в высоких слоях атмосферы и даже в космосе.

Химические свойства воды определены её химическим составом. Её относят к группе химически активных веществ. Со многими веществами вода вступает в

Находящиеся на территории ЗАТО г. Озерск, озера Иртяш, Большая Нанога и Малая Нанога входят в Иртяшско-Каслинскую систему озер. Единственным питьевым источником г. Озерска является озеро Иртяш, непосредственно связанное с озером Большая Нанога. Оно нижнее в цепочке озер Иртяшско-Каслинской системы, что существенно влияет на химический состав воды. Особенно заметно влияние озера Б. Нанога. Изменение качества воды оз. Б. Нанога влечет за собой изменение воды озера Иртяш.

Химический состав озёр Большая Нанога и Иртяш за последние 30 лет ухудшился, а озера Малая Нанога – остался без изменений. Ещё 30 лет назад химический состав озёр Б. Нанога и М. Нанога был почти идентичен, теперь видно, что в воде озера Б. Нанога концентрации: фосфат – иона в 48,5 раз Сульфат – иона в 33, 4 раза, хлорид – иона в 2,9 раза, азота аммонийного в 3, 47 раза выше, чем в воде озера М. Нанога. А когда количество содержащихся в ней инородных веществ, особенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических значений, вода из блага превращается в зло. В настоящее время озеро Б. Нанога утратило своё значение, как рыбохозяйственный и питьевой водоём. Качество воды в нём не удовлетворяет требованиям даже предъявляемым к водоёмам культурно – бытового назначения.

Ухудшение качества воды связано с антропогенным фактором. С каждым годом увеличивается количество садов в водоохранной зоне озера. С ливневыми и талыми стоками в озеро поступают биогенные вещества, фосфаты, азотсодержащие вещества. В результате происходит массовое размножение фитопланктона, в первую очередь сине – зелёных, зелёных и красных водорослей, а также интенсивное развитие высших водорослей, что приводит к снижению содержания кислорода в воде.

Вода, окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет). Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете. Без воды невозможно существование живых организмов. Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов - как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.

Вода – важнейший компонент всех экосистем, причем не только водных, но и наземных, поэтому наличие воды – непременное условие поддержания экологического равновесия и биоразнообразия как в водных объектах, так и на суше.

Вода является важным компонентом живой материи. В организме взрослого животного ее содержание составляет примерно 55-65%, а у новорожденных – 70-80%. Вода, как универсальный растворитель, образует дисперсные, молекулярнодисперсные и коллоиднодисперсные растворы (золи и гели в тканях). Эти свойства воды объясняются дипольным строением ее молекулы, а следовательно, высоким значением диэлектрической постоянной. Вода является не только средой для протекания различных химических реакций, но и сама участвует в реакциях гидролиза, гидратации и дегидратации, окисления и в некоторых синтетических процессах. От содержания воды в тканях зависит скорость гидролитических реакций в них.

Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, благодаря чему она активна в терморегуляции животного организма. Вода, обладая хорошей текучестью, способна быстро перемещаться в организме; смачивая трущиеся поверхности в тканях, она способствует улучшению скольжения в суставах и других подвижных участках организма.

Уникальность и ценность воды постоянно подвергается проверке. Человечество жестоко атакует воду и она, проявляя свое настроение, меняет все на земле, в виде циклонов, града, туманов, штормов, ураганов, тайфунов. Количество природных катаклизмов ежегодно возрастает. За последние 30 лет по их причине погибло 4 млн. Человек, а пострадало около 4 млрд.

Биогеохимические свойства тяжелых металлов

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами. На сегодняшний день безоговорочно к числу токсичных относят кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.

Согласно одной классификации, к группе тяжелых металлов принадлежит более 40 элементов с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью больше 6. По другой классификации, в эту группу включают цветные металлы с плотностью большей, чем у железа (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, олово, сурьма, висмут, ртуть).

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А. Т. Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин "тяжелые элементы", но в данной публикации мы будем пользоваться общепринятым в литературе термином "тяжелые металлы".

Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, кадмий, цинк, кобальт, никель, медь, марганец.

В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.

Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте.

Материал и методика

Исследованию на содержание тяжелых металлов подвергались образцы воды озера и двух видов рыб, обитающих в нем: окунь и сиг. В лаборатории УГАВМ определялись содержание: меди, железа, кобальта, никеля, свинца, цинка, кадмия, марганца, магния.

Оказалось, что в воде озера для ряда элементов выражено превышение ПДК: меди в 56 раз, цинка в 16 раз, никеля в 4 раза и марганца в 2 раза, содержание железа было на верхнем уровне ПДК.

Результаты исследования девяти тяжелых металлов в тканях рыб, обитающих в озере Большая Нанага, свидетельствует о том, что их уровень в большинстве своем не превышает ПДК.

При системном подходе к этим результатам установлено, что организм рыб образует двух эшелонную пирамиду.

На первом уровне ее находится две подсистемы, в первой из которых содержалось три элемента. Ее активизация вызвана изменение содержания в тканях рыб железа, итогом деятельности подсистемы было существенное снижение кобальта.

В подсистеме второго порядка содержалось три элемента. Активизация происходила вследствие изменения содержания в тканях рыб цинка, итогом деятельности было стремление к снижению кадмия.

На втором эшелоне организмом рыб была образована одна подсистема. Элементом ее активизации являлось железо, итогом деятельности – достоверное снижение цинка.

Вне подсистемы, ввиду отсутствия управляющих механизмов оказался кадмий.

Таким образом, если состояние воды свидетельствует о значительном превышении ПДК четырех элементов из девяти (медь, цинк, никель и марганец), в организме рыб также четырех, но, несколько иных (кадмий, свинец, никель марганец), хотя ПДК для тканей рыб не превышало норму.

Без воды никуда!

Воду по праву можно назвать источником всего живого на земле. Растения, животные, рыбы и птицы, и конечно, царь природы - человек - никто не в состоянии прожить без воды. Каким-то обитателям планеты Земля требуется ее совсем чуть-чуть, другие просто не смогут без нее прожить и часа. Человек не относится к водным обитателям, и лишь потребляет воду внутрь для обеспечения нормальной жизнедеятельности и использует ее для гигиены и удовольствия. Но и он самым прямым образом связан с водной стихией. На 60 % организм человека это вода. Так, жировая ткань берет 20% от массы воды, костям необходимо 25%, на печень уходит еще 70, скелетные мышцы требуют для себя 75%, крови нужно 80% воды, мозгу требуется 85 её процентов.

Живые организмы обитают в условиях постоянно меняющейся среды, а для нормальной их работы важная составляющая - это постоянство внутренней среды самого организма. Эта среда поддерживается плазмой крови, тканевой жидкостью, лимфой. А большая часть их состоит из воды, белков и минеральных солей. Несмотря на то, что вода и минеральные соли не являются питательными веществами и энергетическими источниками, в отсутствие воды невозможны обменные процессы. Вода является прекрасным растворителем. Окислительно-восстановительные процессы и прочие реакции обмена происходят в жидкой среде. Вода транспортирует некоторые газы, перемещая их как в растворенном состоянии, таки в форме солей. Являясь содержимым пищеварительных соков, вода способствует удалению из организма обменных продуктов, среди которых присутствуют токсические вещества. Вода участвует в терморегуляции.

Важность воды для человека

Сколько человек способен прожить, не употребляя воду? Специалисты утверждают, что не более 7-10 дней. Этот срок гораздо меньше, чем отводят те же специалисты человеку, оставшемуся без еды. Значит, вода важнее!

Вода покидает организм человека через почки вместе с мочой. Таким образом теряется около 1700 мл. Через кожу человек теряет около 500мл. Выдыхая через легкие, человек лишается еще 300 мл воды.

Водный баланс

Соотношение между принятой внутрь водой и ее выводом из организма есть водный баланс. Водный баланс очень важен для нормального функционирования всех систем организма. В случаях, когда количество выпитой воды меньше, чем человек выделяет, есть риск развития разных расстройств. Ведь вода входит в состав тканей, как солевой раствор присутствует в теле, является его структурным компонентом и обеспечивает связь водного обмена с минеральными веществами.

Значение минеральных веществ для организма человека

Минеральные вещества являются неотъемлемой частью скелета. Они содержатся в структуре белков, гормонов и ферментов. Общая цифра всех минеральных веществ в человеческом теле около 4-5% массы. Большая часть минеральных веществ поступает в организм с едой и водой. Однако, содержание минеральных веществ в продуктах питания и в воде не всегда достаточно для нормальной жизнедеятельности организма. Практически все люди приправляют пищу поваренной солью, которой требуется примерно 10-12 грамм в день. Ели в организме наблюдается хронический недостаток минеральных веществ, то человек может серьезно заболеть.

Правильное функционирование центральной нервной системы, сердца и других внутренних органов происходит только в случае определенного содержания ионов минеральных веществ. Благодаря им сохраняется постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости. Ионы минеральных веществ принимают участие в процессах секреции, всасывании, выделения и других процессах.

В состав любого живого организма, помимо различных солей и органических веществ, обязательно входит вода. Она является средой, в которой диспергиро­ваны важнейшие высокомолекулярные соединения, образующие коллоидные рас­творы, и протекает большинство реакций обмена. Вода сама принимает участие в обмене веществ, входя в качестве необходимого компонента во многие реакции синтеза. В качестве примера можно указать хотя бы на гидролитическое рас­щепление сложных углеводов, жиров и белков, требующее участия воды.

Вода является основной по количеству составной частью любого живого ор­ганизма (табл. 1.2).

Высокое содержание воды свидетельствует о том, что в процессе жизнедея­тельности организма она играет важную роль. Вода входит в состав белковых кол­лоидов и принимает непосредственное участие в построении структур живых кле­ток и тканей. Кровь, лимфа, спинномозговая жидкость у высокоорганизованных организмов, соки растений состоят преимущественно из воды в свободном состоя­нии. В тканях животных и растений вода находится в связанном состоянии - она не вытекает при рассечении органа. Испарение воды поверхностью животных или растительных организмов регулирует их температуру при колебаниях температуры внешней среды.

Вода вызывает набухание коллоидов, она связывается с белком и другими органическими соединениями, а также с ионами, входящими в состав клеток и тка­ней. Вместе с углекислым газом вода в процессе фотосинтеза вовлекается в образование органических веществ и, таким образом, служит материалом для создания живой материи на Земле.

Высшие животные очень чувствительны к потере воды. Если в процессе голо­дания животный организм может перенести почти полную потерю запасов жиро­вых веществ, до 50% всех белковых веществ, то потеря более 10% воды вызыва­ет тяжелые патологические изменения, а потеря 15-20% воды приводит к гибели.

Животные, лишенные воды, быстро погибают. Например, если собака может прожить без пищи до 100 дней, то без воды - менее 10. Человек без пищи может прожить больше месяца, без воды - всего лишь несколько дней. Общая потреб­ность человека в воде (включая воду в составе пищи) в зависимости от климати­ческих условий составляет 3-6 л в сутки.

Не менее важно значение воды и в жизни растений. Содержание воды влия­ет на направленность действия ферментов, на интенсивность транспирации, фотосинтеза, дыхания, ростовых процессов и т. п. Количество воды в растении обус­ловливает

Таблица 1.2 Содержание воды в различных организмах, их органах и тканях

скорость тех или иных биологических процессов. Так, интенсивность ды­хания зерновых находится в прямой зависимости от содержания влаги в семенах. Опыт показывает, что вначале увеличение влажности повышает интенсивность про­цесса дыхания на сравнительно незначительную величину. Затем, начиная пример­но с 14%, повышение влажности на 1% увеличивает интенсивность дыхания на 150%, а последующее ее увеличение повышает интенсивность дыхания на несколь­ко сот процентов. Иными словами, чем выше содержание воды в зерне, тем ин­тенсивнее процесс дыхания.

Интенсивность процесса обмена веществ у высших организмов зависит от воз­раста организма: чем моложе организм, тем больше он содержит воды и тем ин­тенсивнее его обмен веществ. Например, эмбрион человека ко второму месяцу раз­вития содержит 97% воды, новорожденный ребенок-74%, организм взрослого человека содержит 63-68% воды. Та же закономерность проявляется и в отно­шении отдельных тканей и органов животного организма; особенно богаты водой те органы, которые наиболее интенсивно функционируют. Так, сердце высших жи­вотных содержит 79% воды, а скелет - всего лишь 20-40%.

Самое главное вещество

Вода - одно из самых распространённых веществ на Земле. Вода занимает большую часть поверхности нашей планеты.
Вода встречается в природе в трёх состояниях : жидком, твёрдом (лёд и снег), газообразном (водяной пар) .
Вода превращается в лёд при температуре 0 градусов.
Водяной пар постоянно содержится в воздухе. Но его нельзя увидеть, потому что это прозрачный бесцветный газ. Он попадает в воздух благодаря тому, что вода постоянно испаряется с поверхности водоёмов и почвы.
Для живых организмов вода имеет огромное значение. Она входит в состав живых организмов. Любой организм постоянно расходует воду и нуждается в её пополнении. Поэтому вода необходима всем растения и животным. Человеку в сутки требуется более 2 литров воды.

Практическая работа "Исследование свойств воды"
Цель работы: определить свойства воды.

Рассмотрите оборудование, приготовленное для практической работы. Укажите стрелками названия предметов.

Опыт 1 . Опустите в стакан с водой стеклянную палочку. Видна ли она? О каком свойстве воды это говорит?
Вывод: Вода прозрачна
Опыт 2 . Сравните цвет воды с цветом полосок, изображенных на этой странице. Что вы видите? О чём это говорит?


Вывод: Вода бесцветна
Опыт 3 . Понюхайте чистую воду. Какое свойство воды можно установить таким способом?
Вывод: Вода не имеет запаха
Опыт 4 . Колбу с трубкой, заполненную подкрашенной водой, опустите в горячую воду. Что наблюдаете? О чём это свидетельствует?

Вывод: При нагревании вода расширяется
Опыт 5 . Ту же колбу поставьте в тарелку со льдом. Что наблюдаете? О чём это свидетельствует?

Вывод: При охлаждении вода сжимается.
Общий вывод: вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха, при нагревании расширяется, при охлаждении сжимается.