WODA NA ZIEMI

POCHODZENIE WODY

1. hipoteza solarna – wiatr słoneczny niesie za sobą jądra (atomy) wodoru, które wchodzą w reakcję z tlenem tworząc cząsteczki wody

2. hipoteza geochemiczna - woda wytrąca się z magmy, która wydostaje się na powierzchnię planety i zastyga

WYSTĘPOWANIE WODY

1. oceany 70,8% powierzchni globu,

2. rzeki, jeziora

3. w postaci stałej w lodowcach.

4. pod powierzchnią ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna).

5. niektóre związki chemiczne zawierają cząsteczki wody w swojej budowie (hydraty – a woda nazywa się wodą krystalizacyjną).

Woda w przyrodzie to roztwór soli i gazów. Najwięcej soli mineralnych zawiera woda morska i wody mineralne; najmniej woda z opadów atmosferycznych. Wodę o małej zawartości składników mineralnych nazywamy wodą miękką, natomiast zawierającą znaczne ilości soli wapnia i magnezu – wodą twardą.

Wody naturalne zawierają rozpuszczone substancje pochodzenia organicznego, np. mocznik, kwasy humusowe itp.

Woda stanowi 70 % powierzchni ziemi, 90 % wody słodkiej to woda podziemna.

ZAWARTOŚĆ WODY

Woda stanowi średnio :

70% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej

60–70% limfy

95% osocza krwi

20% kości

10% szkliwa zębów, tkanki tłuszczowej

90% liści, owoców

ZNACZENIE WODY

1. rozpuszczalnik związków ustrojowych

2. niezbędne uzupełnienie pokarmu wszystkich organizmów

3. uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych

4. środek transportu wewnątrzustrojowego, np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów, enzymów

5. reguluje temperaturę organizmu

6. płynne środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii

ZNACZENIE KULTUROWE

Kulturowa symbolika - woda woda to jeden z żywiołów

• Europa – woda, ogień, powietrze i ziemia

• Chiny – woda, ogień, metal, drewno i ziemia

• Japonia – ogień, powietrze, ziemia i piorun

• W tradycji celtyckiej żywioły to ziemia, ogień i sztorm, woda jest częścią tego ostatniego

• Woda symbolizuje życie, płodność i oczyszczenie ( bywa także ukazywana jako siła zła, zwłaszcza w przeciwstawieniu wody czystej i brudnej).

• Woda jest częstym elementem mitów kosmogonicznych. uważana za medium ułatwiające przejście z jednego świata do drugiego (w mitologii greckiej Charon przewoził łodzią duszę zmarłego do Hadesu, gdzie pijąc wodę ze źródła Lete zapominała o minionej egzystencji)[9].

• W wielu religiach zanurzenie w wodzie symbolizuje oczyszczenie i odrodzenie - chrzest

Aż miliard ludzi na świecie nie ma bezpośredniego dostępu do wody pitnej.

Każdego dnia choroby wynikające z niedostatku czystej wody powodują śmierć wielu tysięcy ludzi, głównie dzieci

ZASTOSOWANIE WODY

• woda pitna

• cele sanitarno-bytowych- gospodarstwa domowe

• nawadniania pól – rolnictwo

• substancja będąca przekaźnikiem ciepła

• magazynująca ciepło lub je odbierająca (substancja chłodząca) – zakłady przemysłowe

• reagent

• rozpuszczalnik

RODZAJE WODY

• woda opadowa np. deszczówka

• woda powierzchniowa np. rzeka

• woda podskórna

• woda gruntowa

• woda adhezyjna

• woda błonkowata

• woda głębinowa

• woda źródlana

• woda mineralna

• woda słona np. morska

• woda słodka np. z jeziora

• woda zaburtowa

• woda użytkowa (zasoby wodne)

• woda wodociągowa

• woda pitna

• woda przemysłowa przygotowanie wody woda twarda

• woda miękka

• woda demineralizowana

• woda gorzka

• woda odgazowana

• woda destylowana

• ścieki

RODZAJE WODY W ŻYWNOŚCI

• woda wolna (niezwiązana): ok. 5–100% - rozpuszczalnik substancji organicznych i związków mineralnych; łatwo wydziela się z produktu pod wpływem czynników zewnętrznych; ma właściwości zbliżone do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli; powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych

• woda związana zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych:

• woda strukturalna (<0,03%) integralna część składników niewodnych; ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub związana w postaci wodzianów

• związana w postaci monowarstwy (0,1–0,9%) silnie oddziałuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składników niewodnych,

• woda uwięziona (ok. 5–96%) o właściwościach wody wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, jej przepływ jest utrudniony

WODA W ORGANIZMIE

W razie nagłej potrzeby udzielenia pomocy osobie odwodnionej wlew dożylny roztworu wieloelektrolitowego może być zastąpiony podanym doustnie roztworem o następujących składnikach do rozpuszczenia w 1 litrze wody: 3,5g. chlorku sodu, 2,5g. dwuwęglanu sodu, 1,5g. chlorku potasu i 20g. glukozy. Z obowiązku ratowania życia ludzkiego nie może zwolnić brak tych składników. Zastąpi je roztwór cukru (8 łyżeczek) i soli kuchennej (1 łyżeczka) w 1 litrze przegotowanej i wystudzonej wody.

Funkcje wody w organizmie człowieka:

1. Rozpuszczanie pokarmu oraz jego transport

2. Wchłanianie pożywienia z jelit i odżywianie komórek

3. Usuwanie szkodliwych produktów przemiany materii

4. Udział w reakcjach biochemicznych

5. Regulacja temperatury

6. Zwilżanie błony śluzowej, stawów, gałki ocznej

:

Woda w organizmie spełnia oprócz transportu substancji odżywczych do komórki również funkcje oczyszczające tzn. wchłania pozostałości przemiany materii i usuwa je przez limfę i krew z organizmu. Jeśli proces taki nie zachodzi w wystarczającym stopniu, następuje odkładanie się toksyn w tkance tłuszczowej, kościach, tkance łącznej i innych organach.

Rolę w organizmie woda zawdzięcza występującym w niej składnikom mineralnym. One decydują o ciśnieniu osmotycznym panującym w organizmie, o równowadze kwasowo-zasadowej, o sile jonowej

Choroba lub wysiłek fizyczny - tracimy dużo wody, wzrasta jej zapotrzebowanie, które w skrajnych wypadkach może wzrosnąć do 10 litrów. Odwodnić organizm można też stosując diety. Upały –odwodnienie organizmu szczególnie

Codziennie organizm traci - ok. 2,5 litra. Około litra wydalamy, następne pół litra znika w postaci potu i wydychanego powietrza. Gdy jest ciepło pot ochładza: przez pory w skórze woda wydostaje się na jej powierzchnię i wyparowuje,. gdy jest zimno, woda jest wydychana przez nas w postaci pary.

Organizm ludzki nie ma specjalnych przystosowań do magazynowania wody, musimy uzupełniać zapasy w organizmie. Duża ilość wody zawarta jest w pokarmach. Wiele warzyw i owoców są złożone w 3/4 z wody, 100g. utlenionego tłuszczu daje 107g. wody, 100g. skrobi 55,5g. wody, 100g. białka - 41,3g. wody

Odstęp czasu, który upływa od pojawienia się uczucia pragnienia i wypicia napoju, jego strawienia, zmetabolizowania i uzupełnienia zapotrzebowania organizmu na wodę, jest na tyle długi, że zagraża wystąpieniem objawów odwodnienia.

Utrata 3% wody powoduje uczucie zmęczenia, ból głowy, zawroty głowy, przegrzanie ciała, zatrzymanie pocenia się i udar cieplny. Utrata 10% wody zagraża życiu. Ciężkie wymioty i biegunka stanowią bezpośrednie zagrożenie życia.

Na równowagę wodną wpływa stężenie jonów we krwi, wśród których wyróżnia się kationy (sodowy, potasowy, wapniowy, magnezowy) i aniony (chlorkowy, węglowodorowy, fosforowy, siarczanowy). Wymioty i biegunka prowadzą nie tylko do gwałtownego ubytku wody lecz także strat jonów niezbędnych do zachowania czynności życiowych. Z tych powodów u niemowląt i małych dzieci jest stanem zagrażającym życiu i wymaga interwencji lekarskiej

Nerki regulują ilość wody w organizmie.

KOLOR WODY

Lekko niebieski kolor wody wynika z pochłaniania przez nią promieniowania elektromagnetycznego z zakresu światła widzialnego odpowiadającego barwie czerwonej (światło czerwone jest absorbowane przez wodę ok. 100× silniej niż niebieskie). Maksimum silnej absorpcji przypada na 760 nm i ramię tego pasma wchodzi częściowo w zakres widzialny (<700 nm). Obecne są też dwa słabe maksima przy 605 i 660 nm. Pochłaniane promieniowanie powoduje przejścia pomiędzy poziomami oscylacyjnymi, a w efekcie silnie wzbudzone drgania atomów cząsteczek wody. Zachodzenie pasm absorpcji oscylacyjnej na zakres widzialny jest unikalną cechą wody i stanowić może jedyny przypadek takiego źródła barwy substancji. Pozostałe barwne cząsteczki i atomy zawdzięczają swój kolor absorpcji światła widzialnego przez elektrony[ (barwa może być też wynikiem zjawisk optycznych).

W stanie gazowym pasma absorpcji wody przesunięte są w kierunku światła widzialnego (wyższej częstotliwości), a w stanie stałym w kierunku podczerwieni (niższej częstotliwości), co wynika odpowiednio z osłabienia i wzmocnienia oddziaływań wodorowych. Lód wykazuje także barwę niebieską w świetle przechodzącym, a jego widmo IR jest zbliżone do widma wody ciekłej. Światło przechodzące przez śnieg ma szczególnie intensywnie niebieską barwę w wyniku wielokrotnego rozproszenia

W ciężkiej wodzie (D2O) drgania oscylacyjne przesunięte są znacząco w kierunku podczerwieni (pasmo 760 nm wody znajduje się przy ok. 1000 nm), w wyniku czego ciężka woda jest bezbarwna. Zjawisko to jest jednym z dowodów na poprawność przypisania barwy wody absorpcji oscylacyjnej

OTRZYMYWANIE WODY

Otrzymujemy w reakcji:

2H₂+O₂=2H₂O

Woda jest najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie rozpuszczalnikiem. Wiele substancji z chwilą rozpuszczenia ich w wodzie ulega rozpadowi na jony w znacznie większym stopniu niż w innych rozpuszczalnikach. Woda jest rozpuszczalnikiem sprzyjającym jonizacji

CZĄSTECZKA WODY

• Cząsteczka powstaje w rezultacie łączenia się atomów.

• Cząsteczka to elektrycznie obojętny układ atomów związany chemicznie.

• Każdy atom cząsteczki zajmuje w niej ściśle określone miejsce; w stanie równowagi każdy z atomów drga wokół położenia odpowiadającego minimum energii potencjalnej.

• Atomy łączą się tylko wtedy, kiedy energia cząsteczki jest mniejsza od sumy energii atomów w stanie swobodnym; nadmiar energii w procesie łączenia się atomów jest uwalniany na zewnątrz.

• Łączenie się atomów w cząsteczkę nie wywiera praktycznie wpływu na rozmieszczenie silnie związanych elektronów w powłokach wewnętrznych atomów.

• Rozmieszczenie elektronów powłok zewnętrznych zmienia się - to te elektrony decydują o właściwościach cząsteczek. Jeśli atomy są swobodne tzn. jeżeli znajdują się w dostatecznie dużej odległości od siebie, to nie oddziałują ze sobą.

• Przy zbliżaniu się atomów do siebie pojawiają się siły przyciągające, które początkowo wzrastają wraz ze zmniejszaniem się odległości r pomiędzy jądrami tomów, a następnie zmniejszają się i przechodzą w siły odpychające.

• Energia potencjalna osiąga wartość minimalną dla r = r0, gdy F=0. Ta minimalna energia odpowiada stanowi równowagi trwałej cząsteczki dwuatomowej.

• Równowagowa odległość r0 w cząsteczce to długość wiązania (0,1 - 0,3 nm), a energia Ew jest energią wiązania.

• Średnie rozmiary cząsteczek- 0,1-1,0 nm

• Orbitale atomowe 1s są kuliście symetryczne. Orbitale innych elektronów są rozciągnięte w określonych kierunkach. Wiązanie powstałe wskutek nałożenia się orbitali 1s i 2p jest wiązaniem kierunkowym np. wiązania 0-H w cząsteczce wody-

• Cząsteczka wody powstaje przez nałożenie orbitali 1s atomu wodoru z orbitalami 2px i 2py atomu tlenu. Orbitale 2px i 2py tworzą między sobą kąt 90 i również w cząsteczce wody kąt między wiązaniami powinien tyle wynosić. Wyznaczony doświadczalnie kąt wynosi 104,5, co jest przyczyną odpychania się cząstkowo dodatnich atomów wodoru

• Elektronegatywność atomów tworzących wiązania kowalencyjne.

• Tlen silnie przyciąga elektrony walencyjne i dlatego uzyskuje cząstkowy ładunek ujemny

• Wiązanie kowalencyjne w cząsteczce wody jest wiązaniem biegunowym lub polarnym –środki ciężkości obu rodzajów ładunku nie pokrywają się. Cząsteczka jako całość jest obojętna, ale wskutek niejednakowego podziału wspólnej pary elektronowej pomiędzy elektroujemny tleni elektrododatni wodór „koniec tlenowy” cząsteczki jest ujemny względem „końca wodorowego”. W wyniku tego powstają cząstkowe ładunki i cząsteczka wody ma charakter dipolowy o określonym momencie dipolowym.

• Moment dipolowy cząsteczki wody równy jest iloczynowi bezwzględnej wartości jednego z ładunków i odległości l między ładunkami

• Kształt cząsteczki wody nie jest liniowy, lecz trójkątny, i dlatego rozkład ładunków jest asymetryczny

• Pojedyncza cząsteczka wody ma budowę kątową. Kąt pomiędzy wiązaniami HOH wynosi 105 ° a długość wiązania r(OH)=0,097 nm. Pod względem symetrii cząsteczka wody należy do grupy punktowej C2v. Taką budowę tłumaczy hybrydyzacja sp3 orbitali atomu tlenu. Dwa orbitale biorą udział w wiązaniach z dwoma atomami wodoru, a pozostałe dwa zapełniają dwie niewiążące pary elektronowe

Woda w stanie ciekłym

• Gęstość wody - w normalnej temperaturze topnienia - 0,99987 g/cm3 i jest o ok. 8% wyższa od gęstości lodu. Gęstość wzrasta ze wzrostem temperatury, do osiągnięcia maksimum gęstości w temperaturze 4 o C. Po przekroczeniu tego punktu, wzrost temperatury powoduje zwykły spadek gęstości ciekłej wody

• Lepkość - względnie duża - 0,0083 P w 25o C. Lepkość zmniejsza się, a nie zwiększa, ze wzrostem ciśnienia w zakresie niezbyt wielkich ciśnień. - osobliwość

• Temperatura topnienia, temperatura wrzenia - względnie wysokie. Ciepła topnienia i parowania - względnie duże. Entropia parowania duża - 109,2 J/K*mol, przeciętna wartość entropii parowania niezasocjowanych cieczy wynosi ok. 88 J/K*mol

• Przenikalność dielektryczna - 78,54 w temp. powyżej 25o C - wysoka. Przejścia wody w lód - wzrost względnej przenikalności o ok. 10%, ponieważ w ciele stałym możliwość zmiany orientacji dipoli pod wpływem pola elektrycznego jest mniejsza niż w cieczy. Wzrost względnej przenikalności elektrycznej w lodzie - spowodowany obrotem dipoli wody, przemieszczeniem (przeskokiem) protonów w mostkach wodorowych, łączących atomy tlenu sąsiednich cząsteczek wody

• Przewodnictwo elektryczne – znaczne, przyczyna –jonizacja wody - H+ i OH-. Bardzo czysta woda posiada przewodnictwo 4*10-8 1/Ohm*cm, a iloczyn stężenia jonów [H+][OH-] =10-14 w temp 25 ° C.

• Asocjacja wody - przyczyna elektrostatyczne przyciąganie się dipoli oraz sieć wiązań wodorowych

• Woda jest cieczą w dużym stopniu zasocjowaną. Dawniej - w ciekłej wodzie istnieją asocjaty typu (H2O)2 , (H2O)3 , ... , (H2O)r Obecnie - struktura przestrzenna wody to struktura quasi-krystaliczna. Bernal i Fowler –istnieją nietrwałe w czasie i przestrzeni fragmenty struktur innych np. krystalicznej lodu I. Udowodniły to badania dyfrakcji promieni Rentgena. - obraz dyfrakcyjny i ostatecznie tzw. funkcja rozkładu radialnego dla wody w temp 1,5°C.

Odległość dowolnie wybranej cząsteczki od jej najbliższych wynosi 0,3 nm, odległość zbliżona do wielkości z sieci krystalicznej lodu I. Dalsze cząsteczki występują w odległości dwukrotnie większej. Ważna wartość - liczba koordynacyjna cząsteczek wody w fazie ciekłej - liczba najbliższych sąsiadów = pole powierzchni pod 1 pikiem na wykresie. W temp. 1,5°C wynosi 4,4. Ze wzrostem temperatury rośnie do 4,9 w ok. 80°C.

Gdyby quasi-krystaliczna struktura odpowiadała najgęstszemu upakowaniu, to liczba koordynacyjna wynosiłaby 12. Liczba jest mniejsza - dowód, że woda ciekła zawiera fragmenty struktury lodu I.

• Liczba koordynacyjna wzrasta ze wzrostem temperatury. Ze wzrostem temperatury wzrasta odległość między sąsiadującymi cząsteczkami wody z powodu ruchów termicznych. Wzrost liczby koordynacyjnej powoduje spadek gęstości cieczy. Bernal i Fowler - quasi-kryształy w niskiej temperaturze mają strukturę trydymitu, w wyższej strukturę kwarcu

STRUKTURA WODY I LODU

Sąsiadujące cz. wody wykazują duże wzajemne powinowactwo. Dodatnio naładowany obszar jednej cząsteczki zwraca się w kierunku ujemnie naładowanych obszarów sąsiedniej cząsteczki. Woda w stanie ciekłym ma częściowo uporządkowaną strukturę-agregaty cząsteczek związanych wodorowo są w stanie tworzenia się i rozrywania. Każda cz. ciekłej wody wiąże przeciętnie z 3,4 cząsteczek sąsiadujących. Lód ma silnie uporządkowaną strukturę – wszystkie potencjalne wiązania wodorowe są wysycone. Każda cz. wody w lodzie wiąże 4 sąsiednie cząsteczki wody

AUTODYSOCJACJA

W fazie ciekłej woda ulega samoistnej jonizacji

zwanej autodysocjacją zgodnie z reakcją:

H₂O + H₂O → H₃O⁺ + OH⁻

Równowagę autodysocjacji wody opisuje iloczyn jonowy wody, który w temperaturze 20 °C jest równy ok. 10-14 (zwykle wielkość bezwymiarowa lub mol2/kg2)

WŁAŚCIWOŚCI WODY – GĘSTOŚĆ A TEMPERATURA

• Woda nie zwiększa swojej objętości monotonicznie z temperaturą w całym przedziale temperatur od 0 do 100 °C.

• Poniżej +3,98 °C objętość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Anomalia - wśród ogółu substancji chemicznych

• Anomalia spowodowana jest specyficznym kształtem cząsteczki wody oraz istnieniem silnych wiązań wodorowych. Wiązania nadają wodzie względnie dużą gęstość, a ponadto pękają w obszarze anomalnym, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, zwiększając objętość cieczy.

• Objętość wody wzrasta podczas krzepnięcia – dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia, kruszy spękane skały, niszczy nawierzchnię dróg, temp. wody na dnie jeziora nie będzie niższa od 4C - gdyby woda miała takie same właściwości jak inne substancje, zimna woda zawszy by opadała na dno i jeziora zamarzałyby od dołu . Życie w takich jeziorach nie przetrwałoby zimy

• Fizykochemiczne właściwości wody są całkiem różne od właściwości podobnych związków – H2Se, H2S. Gdyby ekstrapolować właściwości tych związków na wodę otrzymalibyśmy dla wody punkt topnienia w -100C i wrzenia w -30C; woda byłaby gazem. Te same rozbieżności dotyczą innych właściwości fizykochemicznych – ciepło parowania, napięcie powierzchniowe, stała dielektryczna, napięcie powierzchniowe

• Dwie szczególne właściwości wody są odpowiedzialne za odmienne cechy fizykochemiczne – moment dipolowy i zdolność do tworzenia wiązańwodorowych z sąsiednimi cząsteczkami wody, za co jest odpowiedzialna polaryzacja wiązania H – O.

Organizacja cząsteczek wody w temperaturze > 0C

Elementy tetrahydralnego (uporządkowanego, wysyconego wiązaniami wodorowymi) ułożenia cząsteczek wody w lodzie występują też powyżej punktu topnienia. Są to tzw. grona-skupiska (ang. clusters ) cząsteczek wody. Ilości tych gron i ich stopień uporządkowania zależy od temperatury – im wyższa tym uporządkowania mniejsze, tym więcej cząsteczek wody jest w formie pojedynczej, nie połączonej wiązaniami wodorowymi z innymi cząstkami wody.

Cząstki wody w stanie płynnym są w ciągłym ruchu – częstotliwość oscylacji wiązań wodorowych wynosi 0,5 x 10 13 Hz.. Średni czas trwania pojedynczego grona wynosi ok.10-10 – 10-11 s

W systemach biologicznych struktura wody jest zmieniana przez interakcje cząsteczek wody z jonami i cząsteczkami organicznymi. Interakcje te mogą być elektrostatyczne lub za pomocą wiązań wodorowych.

Oddziaływanie jonów z cząsteczkami wody- wyłącznie elektrostatyczne

Pole elektryczne jonu powoduje orientację dipolowych cząsteczek wody. Siła orientacyjna pola elektrycznego jonu współzawodniczy z oddziaływaniami pomiędzy cząsteczkami wody. Siły elektrycznego oddziaływania pola jonu zależą od odległości od centrum jonu; im odległość większa tym siła mniejsza i dlatego tworzą się różne otoczki hydratacyjne wokół jonu. Pierwszorzędowa otoczka jest najbliżej jonu . Cząstki wody w pierwszorzędowej otoczce są silnie zorientowane.

Drugorzędowa otoczka hydratacyjna jest za pierwszorzędową i ponieważ jest dalej centrum jonu, cząsteczki wody są słabo zorientowane. W otoczce drugorzędowej siła pola elektrycznego jonu jest za słaba, aby spowodować orientację cząsteczek wody.Siły te są wystarczająco duże, aby zdezorganizować prawidłową strukturę wody.

Dla jonów metali alkalicznych- im większa masa atomowa tym mniejsza otoczka hydratacyjna..

Jony potasu czy cezu - jony łamiące strukturę wody -rozbudowana drugorzędowa otoczka hydratacyjna - jony chaotropowe.

Małe jony -sód i lit - jony budujące strukturę (hydratacyjną), strukturę silnych oddziaływań pomiędzy jonem a cząsteczkami wody –

dobrze zorganizowana pierwszorzędowa otoczka hydratacyjna - jony kosmotropowe. Jony magnezu i wapnia należą do jonów budujących strukturę.

HYDRATACJA

Promień Bohra tj. efektywny promień zewnętrznej powłoki elektronowej, który jest taki sam jak promień krystaliczny tych jonów, jest większy dla jonu potasu niż dla jonu sodu z powodu dodatkowego orbitalu w przypadku potasu. Im większa odległość od naładowanego jądra tym siła pola elektrycznego będzie mniejsza i dlatego otoczka pierwszorzędowa nie tworzy się w przypadku K.

Może utworzyć się tylko otoczka drugorzędowa.

Oddziaływania związków organicznych z wodą - hydratacja drugiego rzędu- oddziaływania za pomocą wiązań wodorowych, brak oddziaływań bezpośrednich, elektrostatycznych

Tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami wody a powierzchnią organiczną powoduje powstanie otoczki hydratacyjnej.

Orientacja cząsteczek wody w takiej otoczce zależy od rodzaju powierzchni.

Liczba warstw zorientowanych cząsteczek wody zależy od rodzaju powierzchni cząstki organicznej

Hydratacja drugiego rzędu – duże znaczenie w kształtowaniu konformacji

cząsteczek i tworzeniu struktur supramolekularnych.

Tworzenie helisy jest związane z obniżeniem entropii makrocząsteczki i zwiększeniem entropii wody – zwiększenie entropii całego systemu. Molarna objętość wody ulega zwiększeniu.

OTOCZKA HYDRATACYJNA

• Otoczka hydratacyjna,o.h., otoczka cząsteczek wody związanych z powierzchnią cząsteczek - nadaje im trwałość, np nie dopuszcza do dekantacji i sklejania się cząstek lub cząsteczek → polimerów w agregaty

• Wielkość otoczki zależy od wielkości ładunku związków hydrofilowych i objętości molowej

• W punkcie izoelektrycznym o. h. jest najmniejsza i najsłabiej związana z cząsteczką

• O. h. ma wpływ na rozpuszczalność związków chemicznych

SOLWATACJA HYDRATACJA

• Powłoka solwatacyjna

• Cząsteczki polarnego rozpuszczalnika mają tendencję do tworzenia dość trwałej otoczki o grubości dochodzącej do czterech, pięciu cząsteczek rozpuszczalnika wokół cząsteczki rozpuszczonego związku

• Otoczka powstaje na skutek słabych oddziaływań elektrostatycznych

• W niektórych reakcjach chemicznych otoczka solwatacyjna stanowi dużą przeszkodę spowalniającą reakcję

• Solwatacja jest często wstępem do procesu dysocjacji elektrolitycznej w roztworach.

Hydratacja

Rozpuszczalnik - woda - może zaistnieć szczególny przypadek solwatacji - hydratacja = uwodnienie. Cząsteczki substancji rozpuszczonej ulegają hydratacji, gdy tworzy się dookoła nich otoczka dipoli wody. Gdy hydratacja jest silna, to podczas odparowywania wody z roztworu lub obniżania temperatury, substancja krystalizuje z określoną, stechiometryczną ilością wody, tworząc hydraty.

Powłoka hydratacyjna

Grubość warstwy hydratacyjnej jest zmienna i zależy między innymi od ładunku i rozmiaru jonu. Tworząca wiele warstw otoczka, ma wpływ na szybkość poruszania się jonów i utrudnia molekularyzację = powtórne połączenie. Powstanie powłoki hydratacyjnej powoduje zmianę uporządkowania rozpuszczalnika - zmniejszenie jego lotności, wzrost temperaturywrzenia, proporcjonalny do ilości rozpuszczonej wody. Cząsteczki wody w warstwie solwatacyjnej zmniejszają zdolność krzepnięcia rozpuszczalnika, co powoduje obniżenie temperatury krzepnięcia

W stronę kationów dipole wody zwrócone są swymi ujemnymi biegunami, do anionów zaś biegunami dodatnimi

Hydratacja NaCl

Siła elektrostatycznego oddziaływania pomiędzy jonami o ładunkach i znajdujących się w odległości r jest odwrotnie proporcjonalna do stałej dielektrycznej ośrodka

ROZTWORY KOLOIDALNE

Roztwór koloidalny - układ dyspersyjny, w którym wielkość zdyspergowanych cząstek mieści się w granicach od 1 nm do 1µm. Ze względu na wielkość zdyspergowanych cząstek roztwory wykazują zjawisko Tyndalla. – powstawanie smugi światła w roztworze koloidalnym (lub innym zolu o dyspersji koloidalnej, np. w mgle) w przypadku obserwacji z kierunku prostopadłego do kierunku przebiegu promienia.

Do dyspersji koloidalnych zaliczamy też mgły (ciecz rozproszona w gazie) i dymy (ciało stałe rozproszone w gazie), emulsje tzw. submikronowe (o średnicy kulek fazy rozproszonej poniżej 1 mikrometra)

WYSALANIE BIAŁKA

Metoda oczyszczania roztworu białek. Polega na wywołaniu konkurencji pomiędzy cząsteczkami o wodę w otoczkach hydratacyjnych. Dodatek jonów (NH4+, SO42-), mających silniejsze pole elektryczne i „odbierających” wodę, sprawia że białka (które przegrywają konkurencję) zaczynają tworzyć agregaty, aby zmniejszyć powierzchnię hydratacji. Powoduje to zmniejszenie rozpuszczalności białek i ich wypadanie z roztworu. Określone białka wypadają z roztworu po dodaniu określonej ilości soli (np. siarczanu amonu), co pozwala na dobranie takich warunków (stężeń), aby w kolejnych etapach wytrącić białka stanowiące zanieczyszczenia, lub też wytrącić pożądane białko i pozostawić zanieczyszczenia. Po zakończeniu procesu sole usuwa się (np. metodą dializy), aby przywrócić aktywność białka

pH WODY

• Skala pH to ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na stężeniu jonów wodorkowych [H+] w roztworach wodnych

• pH = -log10[H+] czyli minus logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorkowych wyrażonych w molach na litr.

• Woda, którą pijemy jest zazwyczaj kwaśna; pH , 7.0 – soki owocowe i warzywne; doprowadza do zakwaszenia organizmu człowieka, do zakwaszenia krwi. Jeśli pH krwi spad poniżej 7.0 następuje śmierć organizmu

• Większość organizmów Polaków jest silnie zakwaszona - im wyższa wartość pH wody, tym lepiej – zdrowiej dla nas

• pH spożywanej wody powinno być wyższe niż 7.4, ponieważ większość płynów naszego ciała musi utrzymać równowagę pH na poziomie 7.365. Idealnie by było, gdyby woda, którą pijemy na co dzień miała wartość pH w granicach 8.0 – 9.5.

Wody - Kropla Beskidu = 7.6; Żywiec = 7.5 ; Gerber = 7,5 Arctic = 7.5; Primavera = 7.4 Cisowianka = 7,1; Dobrawa = 6.3; Muszynianka = 6.0; Staropolanka = 5.5; Woda z kranu = 7,58 (Wrocław) ; Woda z kranu + gotowana = 9,09 ; woda z kranu + Brita + gotowana = 8,25 Kropla Beskidu (7,66) + Coral Mine (suplement firmy Coral Club) = 8,12 (po 30min), 8,17 (po 60 min) filtry Brita być może i oczyszczają wodę, jednak zmniejszają jej pH.

Wody gazowane i intensywniej zmineralizowane mają niższe pH! Lepiej wybierać wody niskozmineralizowane, jak Kropla Beskidu, czy Żywiec.

ZBIORNIKI WODNE

Lód zaliczamy do układu heksagonalnego, w którym atomy tlenu znajdują się w rogach graniastosłupa o podstawie sześciokąta, a w środku nie ma żadnego atomu. Stąd kryształy lodu mają sześciokrotną oś symetrii. Gdy krzepnie woda to powstaje jednolita struktura krystaliczna lodu. Gdy w chmurach śniegowych następuje resublimacja pary wodnej, to kryształy mają dużo możliwości wzrostu i tworzą się najprzeróżniejsze kształty, ale zawsze o sześciokrotnej symetrii.

Woda w naszym organizmie jest wodą strukturalną i zawiera informacje – układa się w klastry. Woda traci informacje w temp. poniżej O C. Masuru Emoto,- woda zapisuje pozytywne i negatywne emocje. Pozytywne – struktura wody jest piękna, negatywne- struktura brzydka

WODA ŚRODOWISKO ŻYCIA

Kwasy omega 3: EPA, DHA - ryby morskie, glony

DHA – kwas dokozaheksaenow

Nasz organizm jest w stanie wytworzyć kwas ALA (kwas α-linolenowy) na EPA i DHA Omega 3: obniżają poziom cholesterolu i trójglicerydów zmniejsza agregację płytek krwi (zakrzepy- zawały,

udary), obniżają ciśnienie krwi, ujędrniają skórę, są niezbędne dla prawidłowego rozwoju i wzrostu.

DHA - wchodzi w skład siatkówki oka - korzystnie wpływa na wzrok. DHA - centralny układ nerwowy, błony nerwów, plemniki.

ANABIOZA – ŻYCIE UTAJONE

Anabioza (gr. anabíosis - ożywianie) – stan krańcowego obniżenia aktywności życiowej organizmu, zwykle w odpowiedzi na niekorzystne warunki środowiska naturalnego, jak np. zbyt wysoka albo niska temperatura, niedostatek tlenu czy też wody.

Obserwuje się głównie u organizmów prostych, takich, jak nicienie czy wrotki spośród zwierząt, mszaki w królestwie roślin czy też symbiotyczne porosty, a także bakterie tworzące formy przetrwalnikowe czy też protisty, a dokładniej pierwotniaki wytwarzające cysty. Zachodzi także u bardziej złożonych organizmów, takich jak dżdżownice