水的性质
- 水在生物学上具有重要意义。它是细胞内所有代谢反应发生的媒介。细胞质量的70%到95%是水
- 由于地球表面71%被水覆盖,它是生物的主要栖息地
- 水是由氢原子和氧原子组成的。一个氧原子与两个氢原子共用电子结合(共价键)
- 虽然水整体上是电中性的分享的电子是不均匀在氧原子和氢原子之间
- 氧原子对电子的吸引力比氢原子强,因此形成了a弱负电荷区在氧原子上(δ-)和a弱正电荷区在氢原子上(δ+),这也导致了不对称的形状
- 这种由于共价键中的电子不均匀共享而导致的电荷分离称为a偶极子.当一个分子一个末端带负电荷一个带正电荷的一端也是a极性分子
- 水是极地分子
水的共价键使它成为极性分子
- 氢键水分子之间的形成
- 由于水的极性,氢键在相邻水分子的带正电荷和带负电荷的区域之间形成
- 氢键很弱,因为氢键很少,所以它们不断地断裂和重组。然而,当有大量的人在场时,他们形成了一个强大的结构
- 氢键有助于水分子的许多特性,使它们对生物体如此重要:
- 一个优秀的溶剂许多物质能溶于水
- 一个相对比热容高
- 一个相对高汽化潜热
- 水在固体状态下密度较小
- 水具有很高的表面张力和内聚力
- 它是一种试剂
水分子的极性允许相邻水分子之间形成氢键
- 由于水的特性,它在生物体中有许多重要的作用:
- 的极性水分子的数量
- 的存在和数量氢键水分子之间
溶剂
- 因为水是极性分子许多离子(如氯化钠)和共价键极性物质(如葡萄糖)会溶解在其中
- 这使得化学反应在细胞内发生(因为溶解的溶质在自由移动时更具有化学反应性)
- 代谢物可有效运输(非极性疏水分子除外)
由于其极性,水被认为是一种通用溶剂
比热容高
- 物质的比热容为将1kg该物质的温度提高1°C所需的热能
- 水的比热容是4200 J /公斤°C这意味着需要大量的能量来提高它的温度
- 高比热容是由于许多氢键存在于水中的打破这些键需要大量的热能,建立这些键也需要大量的能量,因此水的温度波动不大
- 生物体的优势在于:
- 提供合适的栖息地
- 能不能维持一个恒定的温度因为水能够吸收大量的热量而不会有很大的温度波动
- 这对于保持最佳温度是至关重要的酶活性
- 血浆中的水也很重要传递热量在身体周围,帮助维持一个相当恒定的温度
- 当血液流经身体较活跃(“较温暖”)的部位时,热量被吸收,但温度保持相当稳定
- 组织液中的水在维持体温恒定方面也起着重要的调节作用
蒸发潜热
- 为了改变状态(从液体到气体),大量的热能必须被水吸收来打破氢键和蒸发
- 这对生物体来说是一个优势,因为生物体只需要少量的水蒸发就能失去大量的热量
- 这提供了一个冷却对生物体的影响,例如叶片的蒸腾作用或皮肤汗液中的水分蒸发
水的性质及其在生物有机体中的作用表
内聚力和附着力
- 水分子间的氢键可以产生很强的水分子间的内聚力
- 这使得水柱可以通过植物的木质部和动物的血管流动
- 这也使水体与空气相遇时产生表面张力,这些氢键发生在水分子的顶层之间,在水体上形成一种薄膜(这就是让昆虫如池塘溜冰者漂浮的原因)。
- 水也能形成氢键其他分子,如纤维素,这被称为附着力
- 这也使得水分通过蒸腾作用向上移动到木质部
考试技巧
重要的是要知道水分子之间的氢键是在哪里形成的(一个水分子的氧原子到另一个水分子的氢原子)。此外,当讨论水在生物有机体中的作用时,记得提到与它的性质有关的“为什么”。由于水分子的极性,它是一种极好的溶剂)。