§6. Неорганические вещества: вода, соли
§6. Вспомните.
Задание №1
Какие вещества называют неорганическими?
Ответ:
Неорганические вещества — простые вещества и химические соединения, не являющиеся органическими, то есть, не содержащие в своей основе углерод, а также некоторые углеродсодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода, CO и CO2).
Задание №2
Какие известные вам организмы содержат много воды?
Ответ:
Рыбы, моллюски, медузы и человек содержат в своем организме много воды.
Задание №3
Какие неорганические вещества мы употребляем в пищу? Почему?
Ответ:
К неорганическим веществам, которые мы употребляем в пищу, относятся вода и минеральные (зольные) соединения. Все минеральные вещества, входящие в продукты разделяют на микро− и макроэлементы.
Макроэлементы − содержатся в продуктах в относительно больших количествах (более 0,01 %). К ним относятся Ca, P, Mg, Na, K, Cl, S. Макроэлементы являются пластическим материалом для построения костной ткани, их обмен в организме тесно связан с водным обменом.
Минеральные вещества не обладают энергетической и пищевой ценностью, но выполняют пластические функции в процессах жизнедеятельности, и особенно велика их роль в построении костной ткани. Минеральные вещества участвуют так же в обменных, ферментативных процессах, способствуют поддержанию кислотно−щелочного равновесия организма.
Подумайте.
Задание №1
Уникальные свойства воды определяются в том числе существованием между её молекулами водородных связей. Возможно ли существование таких связей между молекулами других веществ?
Ответ:
Да, возможно. Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. Другие примеры молекул с водородными связями − диоксид углерода CO2 в форме «сухого льда», твёрдый аммиак NH3, конденсированная органика (метан CH4 , бензол C6H6 , фенол C6H5OH , различные белки).
Тренируемся.
Задание №1
Какие неорганические вещества содержатся в живых организмах?
Ответ:
В живых организмах содержится вода и минеральные вещества.
Задание №2
Что определяет уникальные физические и химические свойства воды, столь важные для существования живой материи?
Ответ:
Уникальные физические и химические свойства воды определяются особенностями структуры её молекулы, которые возникают в результате специфического расположения электронов в атомах кислорода и водорода.
Задание №3
Какие химические связи называют водородными?
Ответ:
Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F.
Задание №4
Какие физико−химические свойства воды наиболее важны для обеспечения жизнедеятельности клеток и многоклеточных организмов в разных условиях?
Ответ:
Физико−химические свойства воды:
1. Наличие водородных связей между молекулами воды обеспечивает её структурированность, что и объясняет такие необычные свойства, как высокая температура кипения, плавления и высокая теплоёмкость.
2. Именно высокая теплоёмкость (способность поглощать тепло при незначительном изменении собственной температуры) воды предохраняет клетку от резких температурных колебаний, а высокая теплопроводность обеспечивает возможность равномерного распределения теплоты между отдельными частями организма.
3. Высокая теплота испарения используется живыми организмами для предохранения от перегрева: испарение жидкости растениями и животными охлаждает организм и является защитной реакцией на повышение температуры.
4. Вода практически несжимаема, благодаря чему клетки поддерживают свою форму и обладают упругостью. Очень важно, что лёд легче воды, так как вода имеет максимальную плотность при +4°C, поэтому пресные водоёмы не промерзают до дна.
5. Для живых организмов весьма важно ещё и то, что молекулы воды являются диполями. Как уже говорилось выше, атомы водорода в молекуле воды несут частичный положительный заряд, а атомы кислорода — отрицательный. Угол между связями H—O—H составляет 104,5°, поэтому отрицательный заряд сосредоточен на одной стороне молекулы, а положительный заряд — на другой. Дипольный характер молекулы воды определяет её способность ориентироваться в электрическом поле. Именно это свойство воды определяет её уникальность как растворителя: если в молекулах веществ содержатся заряженные группы атомов, они вступают в электростатические взаимодействия с молекулами воды и растворяются в ней.
Задание №5
В каких растворителях могут растворяться гидрофобные вещества, а в каких — гидрофильные? Какие растворители вам известны?
Ответ:
Дипольность воды определяет её уникальность как растворителя: если в молекулах веществ содержатся заряженные группы атомов, они вступают в электростатические взаимодействия с молекулами воды и растворяются в ней. Такие вещества называют гидрофильными. В клетках имеется большое количество гидрофильных соединений: это соли, некоторые низкомолекулярные органические соединения (органические кислоты, аминокислоты, простые сахара), а также полимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты).
Однако есть ряд веществ, которые почти не содержат заряженных атомов, и поэтому они не растворяются в воде. Их называют гидрофобными. К этим соединениям относятся, в частности, липиды (жиры).
Совершенствуемся.
Задание №1
Используя интернет−ресурсы и другие источники информации, найдите сведения о значении для клетки и организма следующих элементов: B, P, S, Ca, Mn, Fe, Co, Zn, Cu. Ответ представьте в виде таблицы.
Ответ:
| Элемент | Значение для клетки и организма |
| Бор (B) | Входит в состав костной ткани, участвует в метаболизме кальция, фосфора и магния, участвует в ферментативных реакциях. |
| Фосфор (P) | Входит в состав нуклеиновых кислот, участвует в работе буферных систем, входя в состав фосфорной кислоты, входит в состав костей. |
| Сера (S) | Входит в состав витаминов, белков (формирует третичную структуру) и аминокислот, повышает иммунитет, повышает кислородный баланс, оказывает противоаллергическое действие. |
| Кальций (Ca) | Входит в состав зубов и костной ткани. является одним из факторов свертывания крови. |
| Марганец (Mn) | Участие в гемостазе, участвует в работе иммунной, нервной и сердечно−сосудистой систем, нейтрализует свободные радикалы. |
| Железо (Fe) | Участвует в дыхательной цепи и переносе кислорода, входит в состав гемоглобина. |
| Железо (Fe) | Участвует в дыхательной цепи и переносе кислорода, входит в состав гемоглобина. |
| Кобальт (Со) | Входит в состав ферментов, стимулирует кроветворение, участвует в клеточном дыхании. |
| Цинк (Zn) | Участвует в синтезе белка, входит в состав ферментов, участвует в обмене веществ, влияет на рост клеток, важен для половой системы, иммунной системы. |
| Медь (Cu) | Входит в состав многих ферментов, принимает участие у кислородном обеспечении тканей, участвует в образовании гемоглобина и эритроцитов, участвует в формировании тканей и костей, поддерживает эластичность кожи и сосудов. |
Задание №2
Прочитайте статью «Сахар против льда» и на основе полученной информации предложите свой способ борьбы со льдом.
Ответ:
В современных условиях этой борьбы выбор против гололедных средств достаточно широк, и они могут поставляться как в жидком, так и в твердом виде. Например, российскими учеными был разработан реагент «Бионорд» − химический состав: хлорид кальция − 20−50%, хлорид натрия − 20−65%, хлорид калия или карбамид − 5−15%.
«Бионорд» − представляет собой оптимально подобранный состав компонентов, позволяющий добиться плавящей способности материла даже при очень низкой температуре, в сочетании с благоприятным воздействием на почву и растительность.
Обсуждаем.
Задание №1
Используя доступные информационные источники, уточните, какие условия проведения эксперимента в естественных науках (давление, температура и др.) считаются нормальными. Обсудите с учителем и одноклассниками, почему при нормальных условиях вода (H2O) — это жидкость, а сероводород (Н2S) — газ.
Ответ:
Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом практической и прикладной химии) следующим образом: Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст. Температура воздуха 273,15 K = 0°C.
При нормальных условиях объём одного моля идеального газа составляет 22,413 996 (39) дм3 (следствие из закона Авогадро), а количество молекул в 1 см3 составляет 2,6867774 (47) * 1019 (постоянная Лошмидта).
Молекулы воды связаны друг с другом "крючочками" водородной связи, что не позволяет молекулам воды попросту разлететься друг от друга. Именно за счёт водородной связи, то есть за счёт взаимного электростатического притяжения молекул воды друг к другу мы и можем наблюдать, как вода, словно живая, будучи разлитой, сама по себе распределяется на ассоциации молекул, которые мы чаще всего и наблюдаем в виде капель.
Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода, дигидросульфид) H2S − самое активное из серосодержащих соединений. Газ − потому что атомы водорода в молекуле не образуют прочных водородных связей, в отличие от молекул воды.
