Bez vode nema života
- objasniti značenje vode za živa bića
- povezati svojstva vode s građom te molekule.
Uvod
Jedna od stavki Europske povelje o vodi kaže:
Bez vode nema života. Ona je dragocjeno dobro, potrebno u svakoj ljudskoj djelatnosti.
-
- Prisjetite se što ste već učili o svojstvima vode i njenom značenju za sva živa bića.
U tome vam može pomoći: DOS Kemija 7, modul: Zrak i voda, jedinica DOS- a: Voda.
- Prokomentirajte navod iz Europske povelje o vodi.
- Zapišite svoja razmišljanja.
Kemijski sastav organizama
Mnogi kemijski elementi izgrađuju organizme.
Kemijski elementi su sastavni dio organskih i anorganskih spojeva.
Samo četiri elementa čine preko 95% njihove ukupne mase:
- ugljik (C),
- vodik (H),
- kisik (O) i
- dušik (N).
Biološki najbitniji organski spojevi su:
- ugljikohidrati,
- lipidi,
- proteini i
- nukleinske kiseline.
- Možete li navesti barem jednu bitnu ulogu kalcija u ljudskom organizmu?
- Možete li navesti barem jednu bitnu ulogu željeza u ljudskom organizmu?
Kemijski sastav organizama
Kemijski elementi koji izgrađuju organizme nazivaju se biogeni elementi. Samo četiri biogena elementa čine preko 95% ukupne mase organizma, to su ugljik (), vodik (), kisik () i dušik (). Atomi biogenih elemenata povezani su u različite anorganske i organske kemijske spojeve živih bića.
Organske tvari su velik broj većih i manjih ugljikovih spojeva i karakteristično izgrađuju organizme ili su produkt njihovog metabolizma.
Među biološki najbitnije organske spojeve svrstavamo ugljikohidrate, lipide, proteine i nukleinske kiseline. Ugljikohidrati i lipidi su organski spojevi većinom građeni od ugljika, vodika i kisika (), za proteine je nužan još i dušik (), a nukleinske kiseline sadrže ugljik, vodik, kisik, dušik i fosfor (). Ovi spojevi vrše čitav niz funkcija u organizmima i neophodne su za održavanje života na Zemlji.
Mnogi drugi kemijski elementi važni su za obavljanje životnih funkcija, poput kalcija, sumpora, željeza, klora, natrija i kalija. Možete li navesti barem jednu bitnu ulogu kalcija i željeza u ljudskom organizmu?
Udio vode u ljudskom organizmu
Iako su organski spojevi nužni za život, najveći maseni udio u gotovo svim organizmima čini jedan anorganski spoj, voda.
Voda čini prosječno oko 65% mase čovjeka. Udio vode se smanjuje što smo stariji, novorođenčad sadrži gotovo 80% dok je kod ljudi starije životne dobi taj udio bliži 50%.
Gubitak od samo 5% ukupne vode može u organizmu uzrokovati umor i vrtoglavicu, a gubitak od 15% može uzrokovati smrt.
Struktura molekule vode
Molekula vode građena je od jednog atoma kisika koji je vezan kovalentnom vezom za dva atoma vodika.
Kovalentna veza ostvarena je dijeljenjem elektrona tako da svaki od atoma ulaže po jedan elektron u vezu.
Molekula vode svinute je strukture, njezini vodikovi atomi nisu linearno postavljeni.
Struktura molekule vode
Molekula vode građena je od jednog atoma kisika vezanog dvjema kovalentnim vezama za dva atoma vodika. Kovalentna veza ostvarena je dijeljenjem elektrona tako da svaki od atoma ulaže po jedan elektron u vezu. Molekula vode svinute je strukture, njezini vodikovi atomi nisu linearno postavljeni.
Voda nije jedini kemijski spoj koji se može vezati vodikovim vezama.
Vodikovim vezama mogu se vezati brojne biološki važne molekule poput aminokiselina i proteina, različitih ugljikohidrata i molekule DNA.
Za ostvarivanje svake vodikove veze potrebno je da oba spoja sadrže atom vodika () i elektronegativni atom poput kisika () ili dušika ().
Mogućnost vode da stvara toliko vodikovih veza daje joj jedinstvena svojstva koja su nužna za život na Zemlji.
Voda nije jedini kemijski spoj koji se može vezati vodikovim vezama, to mogu i brojne biološki važne molekule poput aminokiselina i proteina, različitih ugljikohidrata i molekule DNA.
Za ostvarivanje svake vodikove veze potrebno je da oba spoja sadrže atom vodika () vezan za elektronegativni atom poput kisika () ili dušika ().
Mogućnost vode da stvara toliko vodikovih veza daje joj jedinstvena svojstva koja su nužna za život na Zemlji. Njezina uloga u održavanju i razvoju života toliko je velika da znanstvenici, tražeći izvanzemaljski život, traže upravo vodu.
Fizikalna svojstva vode
Brojna svojstva vode čine je neophodnom za život na Zemlji, a sva proizlaze iz njezine polarne strukture odnosno iz mogućnosti stvaranja velikog broja vodikovih veza.
Polarno otapalo
Voda je odlično polarno otapalo i otapa velik broj organskih kemijskih spojeva.
To svojstvo omogućava interakciju mnogim kemijskim spojevima. Molekule poput aminokiselina, bjelančevina, šećera i nukleinskih kiselina mogu se slobodno micati u vodi i stupati u kemijske reakcije.
U vodi se otapaju i mnogi anorganski spojevi poput soli, ali i plinova nužnih za život, kao što su molekule kisika i ugljikovog(IV) oksida.
- Pogledajte videozapis i objasnite kako voda otapa anorganske soli.
Polarno otapalo
Voda je odlično polarno otapalo i otapa velik broj organskih kemijskih spojeva.
To svojstvo omogućava interakciju mnogim kemijskim spojevima i u osnovi održava stanični metabolizam.
Biološki važne molekule poput aminokiselina, bjelančevina, šećera i nukleinskih kiselina mogu se slobodno micati u vodi i stupati u kemijske reakcije.
Osim organskih molekula, u vodi se otapaju i mnogi anorganski spojevi poput soli, ali i plinova nužnih za život, kao što su molekule kisika i ugljikovog(IV) oksida.
Pogledajte videozapis i objasnite kako voda otapa anorganske soli.
Tvari koje se ne otapaju u vodi su nepolarne i zovemo ih hidrofobnim molekulama. To su ulja, masti i ugljikovodici (nafta).
Tvari koje voda otapa zovemo hidrofilnim molekulama.
Visoki toplinski kapacitet
Voda je na Zemlji prisutna u sva tri agregacijska stanja.
Najveći udio vode je u tekućem stanju.
Tekuće stanje vode nužno je za održavanje životnih biokemijskih reakcija.
Molekula vode ima visok toplinski kapacitet.
Voda zato ima netipično visoko talište i vrelište.
Visoki toplinski kapacitet
Voda je na Zemlji prisutna u sva tri agregacijska stanja, a najveći udio je upravo u tekućem, koji je nužan za održavanje životnih biokemijskih reakcija.
Od svih manjih molekula koje stvaraju vodikove veze () jedino ih molekula vode može ostvariti četiri i potrebna je jako velika količina energije da ih se razbije. Voda ima netipično visoko talište i vrelište dok su na sobnoj temperaturi i plinovi, nepogodni da budu otapala.
Voda ima visoko talište i vrelište.
Voda je zbog visokog toplinskog kapaciteta vrlo otporna promjenama temperature i pruža stabilnost klimatskih uvjeta mnogim organizmima, živjeli u vodenim ili kopnenim staništima.
Temperature zraka, primjerice, u primorju su blažih promjena nego u kontinentalnom dijelu.
Razmislite zašto se znojimo kad nam je vruće.
Kohezija
Zbog vodikovih veza molekule vode drže se skupa unatoč djelovanju sile teže, kao u kapi.
Adhezija
Polarne molekule vode mogu se elektrostatski vezati za različite površine, primjerice, kao što su staklo, koža ili biljni pokrov.
Anomalija vode
Neobično svojstvo vode je da ima manju gustoću u čvrstom agregacijskom stanju negoli u tekućem.
U ledu se molekule vode slažu u pravilne kristalne strukture u kojima su više razmaknute nego u tekućem stanju. Led će zato uvijek biti na površini vode, što omogućuje mnogim organizmima preživljavanje ili sklonište u vodenim staništima ispod zaleđene površine.
Pogledajte i proučite na mrežnim stranicama prikaz temperature jezera zimi i u proljeće. Pri kojoj je temperaturi gustoća tekuće vode najveća?
Površinska napetost
Sile kohezije između molekula vode uzrokuju velik otpor prodiranju kroz površinu vode.
To svojstvo vode omogućava nekim organizmima da se kreću na površini vode bez da propadnu u nju zbog veće gustoće.
Fizikalna svojstva vode
Brojna svojstva vode čine je neophodnom za život na Zemlji.
Za to je zaslužna njezina polarna struktura koja joj omogućuje stvaranje velikog broja vodikovih veza.
Polarno otapalo
Voda je odlično polarno otapalo i otapa velik broj organskih kemijskih spojeva.
To svojstvo omogućava interakciju mnogim kemijskim spojevima i održava stanični metabolizam.
Biološki važne molekule poput aminokiselina, bjelančevina, šećera i nukleinskih kiselina mogu se slobodno micati u vodi i stupati u kemijske reakcije.
Osim organskih molekula, u vodi se otapaju i mnogi anorganski spojevi poput soli i plinova nužnih za život, kao što su molekule kisika i ugljikovog(IV) oksida.
Tvari koje se ne otapaju u vodi su nepolarne, to su većinom ulja, masti i ugljikovodici poput nafte, a zovemo ih hidrofobnim molekulama.
Tvari koje voda otapa zovemo hidrofilnim molekulama.
Visoki toplinski kapacitet
Voda je na Zemlji prisutna u sva tri agregacijska stanja. Najveći udio vode je u tekućem stanju.
Tekuće stanje vode nužno je za održavanje životnih biokemijskih reakcija.
Od svih manjih molekula koje stvaraju vodikove veze (), molekula vode jedina može ostvariti četiri kovalentne veze.
Potrebna je velika količina energije da ih se razbije.
Molekula vode ima visok toplinski kapacitet.
Voda zato ima netipično visoko talište i vrelište.
Plinovi na sobnoj temperaturi su nepogodni da budu otapala.
Voda je zbog visokog toplinskog kapaciteta vrlo otporna promjenama temperature.
Na taj način pruža stabilnost klimatskih uvjeta mnogim organizmima koji žive u vodenim ili kopnenim staništima.
Promjene u temperaturi zraka blaže su u primorju nego u kontinentalnom dijelu.
- Razmislite zašto se znojimo kad nam je vruće.
Kohezija
Zbog vodikovih veza molekule vode drže se skupa unatoč djelovanju sile teže, kao u kapi.
Adhezija
Polarne molekule vode mogu se elektrostatski vezati za različite površine, primjerice, kao što su staklo, koža ili biljni pokrov.
– Zašto su sile adhezije dovoljno jake da neke kapi vode drže vezane za staklo, a neke ne?
Kapilarnost
Zbog sila adhezije voda će se u uskim cjevčicama ili kapilarama uzdizati unatoč sili teži.
Što je cjevčica uža, masa vode je manja, a razina vode će biti viša.
Kapilarnost je veoma važno svojstvo vode za život biljaka.
Voda se biljnim žilama lako prenositi stabljikom iz korijena prema listu.
Anomalija vode
Neobično svojstvo vode je da u čvrstom agregacijskom stanju ima manju gustoću.
Dok u tekućem agregacijskom stanju ima veću gustoću.
Led će zato uvijek biti na površini vode.
Mnogi organizmi na taj način žive u vodenim staništima ispod zaleđene površine.
Površinska napetost
Sile kohezije između molekula vode uzrokuju velik otpor prodiranju kroz površinu vode.
To svojstvo vode omogućava nekim organizmima da se kreću na površini vode bez da propadnu u nju zbog njihove veće gustoće.
– Zašto ćete prilikom skakanja u more ili u bazen izbjegavati doskočiti trbuhom?
Površinska napetost
pH vodenih otopina
Vodene otopine različitih tvari sadrže različite koncentracije i iona, ovisno o otopljenoj tvari.
Što je više iona u vodi, manje je iona, a otopina je kiselija.
pH skala pokazuje relativnu kiselost otopine i ima raspon vrijednosti od 0 do 14.
Ako je pH vrijednost 0, tada je koncentracija H+ iona najveća odnosno otopina je najkiselija.
Ako je pH vrijednost 14, tada je koncentracija OH– iona najveća odnosno otopina je najlužnatija.
pH vrijednost 7 ima čista, destilirana voda koja sadrži jednaku količinu H+ i OH– iona i zato je neutralna.
pH vodenih otopina
Vodene otopine različitih tvari sadrže različite koncentracije i iona, ovisno o otopljenoj tvari.
pH skala pokazuje relativnu kiselost otopine i ima raspon vrijednosti od 0 do 14.
pH vrijednost 0 označava najveću koncentraciju iona odnosno najkiseliju otopinu, a 14 najveću koncentraciju iona odnosno najlužnatiju otopinu. Čista, destilirana voda sadrži jednaku količinu i iona i zato je neutralna, odnosno pH joj iznosi 7.
Promjena vrijednosti pH na skali za 1 označava 10 puta veću ili manju koncentraciju iona. Primjerice, otopina s pH 3 deset je puta kiselija od otopine s pH 4, a sto puta od otopine s pH 5.
Uloga različitih vrijednosti pH u ljudskom organizmu je velika. Istražite pH pojedinih dijelova tijela i usporedite ga s vrijednostima pH namirnica u kući i tvari u okolini.
Za kraj…
- Razmislite o rečenici Bez vode nema života. Ona je dragocjeno dobro, potrebno u svakoj ljudskoj djelatnosti.
- Pogledajte svoje bilješke koje ste zapisali u uvodnome dijelu te navedite što ste novo naučili.
- Razmislite na koji način svaki pojedinac može doprinijeti očuvanju zaliha pitke vode, a na koji način to mogu učiniti različite državne institucije i političari.
- Raspravite o neracionalnom trošenju pitke vode, primjerice za pranje ulica, i o davanju izvora pitke vode u zakup različitim privatnim kompanijama.
Za kraj…
Ponovo razmislite o rečenici Bez vode nema života. Ona je dragocjeno dobro, potrebno u svakoj ljudskoj djelatnosti.
Pogledajte svoje bilješke koje ste zapisali u uvodnome dijelu te navedite što ste novo naučili.
Razmislite na koji način svaki pojedinac može doprinijeti očuvanju zaliha pitke vode, a na koji način to mogu učiniti različite državne institucije i političari.
Raspravite o neracionalnom trošenju pitke vode, primjerice za pranje ulica, i o davanju izvora pitke vode u zakup različitim privatnim kompanijama.
