Неорганічні речовини - студопедія

ФІЗИКО-хімічні властивості ВОДИ

Вода - полярна молекула: так як кисень більш електроотріцателен, ніж водень, і стягує на себе електронну щільність, на атомі Про є частковий негативний (# 948 ;-), а на атомах Н - частковий позитивний (# 948; +) заряд.

Між Про однієї молекули води і Н іншої молекули води виникає воднева зв'язок. У рідкої воді водневі зв'язки утворюються між усіма молекулами, однак молекули переміщаються, що може супроводжуватися розривом водневих зв'язків і утворенням нових.

Коли вода кипить, всі водневі зв'язки між молекулами води повинні бути розірвані, щоб молекули окремо «відлітали» в пар. На розрив водневих зв'язків витрачається енергія. Тому в порівнянні з неполярними речовинами приблизно тієї ж молекулярної маси, наприклад метаном CH4, вода має високу температуру плавлення і кипіння, високу теплоємність.

Ці властивості важливі для живих систем: завдяки високій теплоємності води живі організми, а також водойми повільно нагріваються і повільно остигають, а всередині них тепло встигає рівномірно розподілятися по всьому об'єму (всі частини нашого тіла мають близьку температуру).

У структурі льоду молекули води також зв'язані водневими зв'язками. Лід легше води і плаває над її поверхнею. Це захищає водойми від повного промерзання взимку, так що організми можуть виживати під льодом.

Гідрофільність і гидрофобность

Вода грає в живих системах роль універсального розчинника. За принципом «подібне розчиняється в подібному» в ній розчиняються речовини полярної або іонної природи, так як частинки цих речовин містять часткові або повні заряди і можуть взаємодіяти з молекулами води. Наприклад, до іонів притягуються протилежно заряджені частини молекул води, в результаті чого іон гідратіруется, набуваючи гідрадну оболонку - оболонку з молекул води (див. Рис.). Полярні молекули, такі як етиловий спирт, теж утворюють водневі зв'язки і гидратируются. На малюнку показано розчинення кухонної солі NaCl у воді і гідратація відповідних іонів.

Якщо полярні або іонні речовини не розчиняються у воді, вони нею проте змочуються (йде взаємодія води з поверхнею). Розчиняються у воді або змочуються нею речовини називаються гідрофільними. Приклади гідрофільних речовин - солі, етанол, соляна і оцтова кислоти, цукри, розчинні білки і ін.
Речовини, молекули яких неполярні, погано розчиняються у воді і не змочується нею. Їх молекули не здатні взаємодіяти з молекулами води і утворювати водневі зв'язки. Знаходження їх молекул серед молекул води енергетично невигідно. Вони як би прагнуть мінімізувати площа поверхні контакту з водою, тобто «уникають води» - це гідрофобні речовини (від грец. «Гідросила» - вода, «фобео» - боюся). Ці речовини зазвичай утворюють у воді окрему фазу - суспензія крапельок (емульсію, наприклад, молочний жир в молоці) або окремий шар, який в залежності від щільності тоне (наприклад, фенол) або спливає (наприклад, рослинне масло або бензин) в воді.

Оскільки різниця електронегативності вуглецю і водню низька, до гідрофобним речовин відносяться вуглеводні - органічні молекули, побудовані тільки з атомів С і Н, наприклад парафін, бензин, гас (це суміші природних вуглеводнів нафти).

Схема розшаровування емульсії масла у воді приведена на малюнку.

КИСЛОТНІСТЬ і буфер

Інші неорганічні речовини утворюють комплекси з білками, наприклад входять до складу ферментів, відіграючи важливу роль в процесах каталізу. У такій формі беруть участь у життєдіяльності клітин сполуки заліза, сірки, марганцю, міді, цинку, кальцію, кобальту та ін. Деякі неорганічні компоненти входять до складу важливих органічних речовин, наприклад магній - до складу хлорофілу, а йод - до складу гормонів щитовидної залози. Особливо слід відзначити залишки фосфорної кислоти, що входять до складу нуклеотидів і нуклеїнових кислот і грають важливу роль в енергетичних та генетичних процесів в клітині.

Неорганічні речовини містяться в деяких живих організмах у вигляді нерозчинних твердих речовин. Це перш за все скелетні освіти: кістки хребетних, що складаються в основному з фосфату кальцію, раковини молюсків і форамініфер, побудовані з вуглекислого кальцію, панцири діатомових водоростей, утворені з окису кремнію. Крім того, неорганічні солі, головним чином кальцієві, входять в якості компонентів, що підвищують міцність і твердість, в ряд структурних утворень, побудованих в основному з органічних речовин, наприклад в хитнув покриви членистоногих, в міжклітинний речовина рослин.