Значение свойств воды для живых организмов. Материалы к уроку окружающего мира на тему "Вода

Вода - уникальнейшее вещество, основа всех живых организмов на планете. Она может приобретать различную форму и находиться в трех состояниях. Какие основные физические и химические свойства воды? Именно о них пойдет речь в нашей статье.

Вода - это...

Вода - это самое распространенное на нашей планете неорганическое соединение. Физические и химические свойства воды определяются составом её молекул.

Так, в структуре молекулы воды содержится два атома водорода (Н) и один атом кислорода (О). В нормальных условиях внешней среды это безвкусная жидкость без запаха и окраса. Вода также может находиться в других состояниях: в виде пара или же в форме льда.

Более 70 % нашей планеты покрыто именно водой. Причем около 97 % приходится на моря и океаны, поэтому большая её часть не годится для употребления человеком. О том, каковы основные химические свойства питьевой воды - вы узнаете далее.

Вода в природе и жизни человека

Вода - обязательный компонент любого живого организма. В частности, человеческий организм, как известно, более чем на 70 % состоит именно из воды. Более того, ученые предполагают, что именно в этой среде зародилась жизнь на Земле.

Вода содержится (в форме водяного пара или капель) в разных слоях атмосферы. На поверхность земли из атмосферы она попадает в виде дождя или других осадков (снега, росы, града, инея) посредством процессов конденсации.

Вода выступает объектом исследований для целого ряда научных дисциплин. Среди них - гидрология, гидрография, гидрогеология, лимнология, гляциология, океанология и другие. Все эти науки, так или иначе, изучают физические, а также химические свойства воды.

Вода активно используется человеком в его хозяйственной деятельности, в частности:

для выращивания сельскохозяйственных культур;
в промышленности (в качестве растворителя);
в энергетике (в качестве теплоносителя);
для тушения пожаров;
в кулинарии;
в фармации и так далее.

Разумеется, чтобы эффективно использовать это вещество в хозяйственной деятельности, следует детально изучить химические свойства воды.

Разновидности воды

Как уже упоминалось выше, вода в природе может находиться в трех состояниях: жидком (собственно, вода), твердом (кристаллы льда) и газообразном (пар). Она также может приобретать любые формы.

Существует несколько видов воды. Так, в зависимости от содержания катионов Са и Na, вода может быть:

жесткая;
мягкая.

пресная;
минеральная;
солоноватая.

В эзотерике и некоторых религиях бывает вода:

мертвая;
живая;
святая.

В химии также существуют такие понятия, как дистиллированная и деионизированная вода.

Формула воды и её биологическое значение

Оксид водорода - так именуют данное вещество химики. Формула воды следующая: H 2 O. Она означает, что это соединение состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Уникальные химические свойства воды определили её исключительную роль для жизни живых организмов. Именно благодаря воде биологическая жизнь существует на нашей планете.

Самая уникальная особенность воды заключается в том, что она прекрасно растворяет в себе огромное количество других веществ (как органического, так и неорганического происхождения). Важное последствие этой особенности состоит в том, что все химические реакции в живых организмах протекают достаточно быстро.

Кроме этого, благодаря уникальным свойствам воды, она пребывает именно в жидком состоянии, при крайне широком температурном диапазоне.

Физические свойства воды

Благодаря уникальным водородным связям, вода, при стандартных условиях среды, находится в жидком состоянии. Этим объясняется крайне высокая температура кипения воды. Если бы молекулы вещества не были связаны этими водородными связями, то вода закипала бы при +80 градусах, а замерзала - аж при -100 градусах.

Вода закипает при +100 градусах по Цельсию, а замерзает - при нуле градусов. Правда, при определенных, специфических условиях она может начать замерзать и при плюсовых значениях температуры. При замерзании вода увеличивается в своем объеме (за счет уменьшения плотности). Кстати, это чуть ли не единственное вещество в природе, обладающее подобным физическим свойством. Помимо воды, при замерзании расширяется лишь висмут, сурьма, германий и галлий.

Вещество также характеризуется высокой вязкостью, а также довольно сильным поверхностным натяжением. Вода - отличный растворитель для полярных веществ. Также следует знать, что вода очень хорошо проводит через себя электричество. Эта особенность объясняется тем, что в воде почти всегда находится большое количество ионов растворенных в ней солей.

Химические свойства воды (8 класс)

Молекулы воды имеют крайне высокую полярность. Поэтому это вещество в реальности состоит не только из простых молекул вида H 2 O, но и из сложных агрегатов (формула - (H 2 O) n).

В химическом плане вода очень активна, она вступает в реакции со многими другими веществами, даже при обычных температурах. При взаимодействии с оксидами щелочных, а также щелочноземельных металлов, она образует основания.

Вода также способна растворять в себе широкий спектр химических веществ - соли, кислоты, основания, некоторые газы. За это свойство её часто называют универсальным растворителем. Все вещества, в зависимости от того, растворяются они в воде или нет, принято делить на две группы:

гидрофильные (хорошо растворяются в воде) - соли, кислоты, кислород, углекислый газ и т. д.;
гидрофобные (плохо растворяются в воде) - жиры и масла.

Вода также вступает в химические реакции и с некоторыми металлами (например, с натрием), а также принимает участие в процессе фотосинтеза растений.

В заключение...

Вода - самое распространенное среди неорганических веществ на нашей планете. Она содержится практически везде: на земной поверхности и в её недрах, в мантии и в горных породах, в высоких слоях атмосферы и даже в космосе.

Химические свойства воды определены её химическим составом. Её относят к группе химически активных веществ. Со многими веществами вода вступает в

Четыре элемента природы, четыре стихии родили на Земле жизнь — это огонь, воздух, земля и вода. Причем вода появилась на нашей планете на несколько миллионов лет, чем та же почва или воздух.

Казалось бы, вода уже изучена человеком, но ученые до сих пор находят самые удивительные факты об этом природном элементе.

Вода стоит особняком в истории нашей планеты.
Нет природного тела, которое могло бы
сравниться с ней по влиянию на ход основных,
самых грандиозных, геологических процессов.
В.И. Вернадский

Вода — это самое распространенное неорганическое соединение на земле. И первое исключительное свойство воды в том, что она состоит из соединений атомов водорода и кислорода. Казалось бы, такое соединение, согласно химическим законам, должно быть газообразным. А вода — жидкая!

Так, например, всем известно, что вода существует в природе в трех состояниях: твердом, жидком и в виде пара. Но уже сейчас выделяют более 20 состояний воды, из которых только 14 — это вода в замерзшем состоянии.

Удивительно, но вода — единственное вещество на Земле, плотность которого в твердом состоянии меньше, чем в жидком. Именно поэтому лед не тонет, а водоемы не промерзают до самого дна. Разве что при экстремально холодных температурах.

Еще один факт: вода — универсальный растворитель. По количеству и качеству растворенных в воде элементов и минералов ученые выделяют приблизительно 1330 видов воды: минеральная и талая, дождевая и роса, ледниковая и артезианская…

Вода в природе

В природе вода играет важнейшую роль. При этом она оказывается задействованной в самых разных механизмах и жизненных циклах на земле. Вот лишь несколько фактов, которые наглядно демонстрируют ее значимость для нашей планеты:

Значение круговорота воды в природе просто огромно. Именно этот процесс позволяет животным и растениям получать столь необходимую для их жизни и существования влагу.
Моря и океаны, реки и озера — все водоемы играют важнейшую роль в создании климата той или иной местности. А высокая теплоемкость воды обеспечивает комфортный температурный режим на нашей планете.
Вода играет одну из ключевых ролей в процессе фотосинтеза. Не будь воды, растения не могли бы перерабатывать углекислый газ в кислород, а значит — воздух был бы непригоден для дыхания.

Вода в жизни человека

Главный потребитель воды на Земле — это человек. Не случайно все мировые цивилизации формировались и развивались исключительно вблизи водоемов. Значение же воды в жизни человека просто огромное.

Тело человека тоже состоит из воды. В теле новорожденного — до 75% воды, в теле пожилого человека — более 50%. При этом известно, что без воды человек не выживет. Так, когда у нас исчезает хотя бы 2% воды из организма, начинается мучительная жажда. При потере более 12% воды человеку уже не восстановится без помощи врачей. А потеряв 20% воды из организма, человек умирает.
Вода является для человека исключительно важным источником питания. По статистике человек за месяц в норме потребляет 60 литров воды (2 литра в день).
Именно вода доставляет к каждой клеточке нашего организма кислород и питательные вещества.
Благодаря наличию воды наш организм может регулировать температуру тела.
Вода также позволяет перерабатывать пищу в энергию, помогает клеткам усваивать питательные вещества. А еще вода выводит шлаки и отходы из нашего тела.
Человек повсеместно использует воду для своих нужд: для питания, в сельском хозяйстве, для различного производства, для выработки электроэнергии. Неудивительно, что борьба за водные ресурсы идет нешуточная. Вот всего лишь несколько фактов:

Более 70% нашей планеты покрыто водой. Но при этом всего 3% всей воды можно отнести к питьевой. И доступ к этому ресурсу с каждым годом становится все труднее. Так, по данным РИА-новости за последние 50 лет на нашей планете произошло более 500 конфликтов, связанных с борьбой за водные ресурсы. Из них более 20 конфликтов переросли в вооруженные столкновения. Это всего лишь одна из цифр, ярко демонстрирующих то, насколько важна роль воды в жизни человека.

Загрязнение воды

Загрязнением воды называют процесс насыщения водоемов вредными веществами, отходами производства и бытовыми отходами, в результате которого вода теряет большую часть своих функций и становится непригодной для дальнейшего потребления.

Основные источники загрязнения:

Нефтеперерабатывающие предприятия
Тяжелые металлы
Радиоактивные элементы
Ядохимикаты
Стоки городских канализаций и животноводческих ферм.

Ученые давно бьют тревогу, что мировой океан ежегодно получает свыше 13 млн. тонн отходов нефтепродуктов. При этом Тихий океан получает до 9 млн.тонн, а Атлантика — более 30 млн.тонн.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения на нашей планете уже не осталось источников, в которых присутствовала бы чистая природная вода. Есть лишь водоемы, загрязненные менее остальных. И это грозит катастрофой нашей цивилизации, так как без воды человечество просто не выживет. А заменить ее нечем.

Вода является основой жизни всех живых существ. Ей принадлежит важнейшая роль в жизнедеятельности и развитии организмов:

– вода составляет основу тел живых организмов;

– вода является средой и участницей идущих в телах живых организмов биохимических реакций;

– вода является средой, в составе которой организмы получают многие необходимые им вещества и избавляются от продуктов обмена (шлаков);

– у растений вода участвует в фотосинтезе – на него расходуется 5% всей потребляемой ими воды, а 95% ее уходит на транспирацию (испарение листьями, что создает восходящий ток минеральных солей) и поддержание тургора (упругости) тканей;

– вода является средой жизни водных организмов;

– высокая теплоемкость воды позволяет теплокровным животным поддерживать постоянство температуры их тел;

– медленное нагревание и медленное охлаждение воды смягчают колебания температур, из-за чего климат побережий называют «мягким», или морским;

– высокая температура испарения воды дает возможность организмам избавляться от излишков тепла;

– другие важные функции.

Ввиду важности биологических функций воды она очень часто является лимитирующим фактором и наряду с температурой и составом почв определяет типы экосистем (степи, саванны, сухие леса, влажные леса).

Наибольшее количество осадков выпадает в тропическом поясе. Это объясняется максимальным поступлением туда энергии Солнца. Благодаря высокой температуре тропический воздух вбирает в себя намного больше воды, чем прохладный в более высоких широтах. Таким образом, влажный климат тропиков обусловлен большим количеством энергии Солнца.

На количество осадков оказывает влияние соотношение площадей суши и моря: в Южном полушарии, где больше площадь океанов и меньше площадь материков, осадков выпадает больше, чем в Северном.

Важное значение имеет не только общее количество осадков, выпадающих на местности, но и их интенсивность и распределение во времени.

Очень сильные дожди, особенно при отсутствии растительного покрова, вызывают эрозию почвы, гибель проростков растений и мелких животных. Сильнейшее повреждающее действие имеют осадки в виде града, размер частиц которого может быть с куриное яйцо. Длительные периоды моросящих дождей неблагоприятны для насекомых и насекомоядных птиц, особенно в период выкармливания ими птенцов. При отсутствии осадков организмам приходится переносить длительные периоды засухи.

В тропическом поясе режим выпадения осадков служит фактором, определяющим сезонную активность организмов – их биологические ритмы. В умеренных широтах главными сигналами смены сезонов года являются длительность светового дня (фотопериод) и режим температур.

Влажность воздуха

Показатель влажности воздуха характеризует степень его насыщенности водяными парами.

Абсолютной влажностью воздуха называют количество водяных паров на единицу его массы, а относительной – отношение количества имеющихся водяных паров к максимально возможному при данной температуре (в %).

Влажность воздуха имеет большое экологическое значение.

От количества влаги в воздухе зависит интенсивность ее испарения с поверхностей тел организмов. При низкой влажности испарение идет очень сильно и может привести к дегидратации (обезвоживанию) организмов. Для защиты от обезвоживания многие из них приобрели специальные адаптации:

– растения - толстую кутикулу, способность сбрасывать листья в сухой сезон, способность сворачивать листья, утрату (редукцию) листьев, опушенность и восковой налет на листьях, погруженные в ткань листа устьица - отверстия, через которые испаряется вода;

– животные - роговые чешуи, хитиновые покровы и др.

Иссушающие свойства воздуха зависят от дефицита его насыщения водяными парами - разницы между абсолютной и максимально возможной влажностью при данной температуре.

Адаптации организмов к разным уровням увлажнения

Адаптации растений . В зависимости от потребности в воде все растения делят на три экологические группы.

1. Гидрофиты (от греч. hydor – вода, влага) – влаголюбивые растения, ими являются:

– растения, полностью находящиеся в воде, - элодея;

– растения, у которых в воду погружены только корни, - камыш, рогоз, осоки, папирус;

– растения, произрастающие во влажных местах, - мхи, папоротники, плауны и др.

2. Мезофиты (от греч. mesos – средний, промежуточный) - растения умеренно влажных мест (полей, лесов, лугов) имеют приспособления для добывания воды - развитую корневую систему, покровные и проводящие ткани, механизмы регуляции уровня испарения.

3. Ксерофиты (от греч. xeros – сухой) - растения сухих мест (сухих степей, саванн, полупустынь, пустынь) способны переносить недостаток влаги.

Ксерофиты преодолевают недостаток влаги следующими способами:

– повышают ее поглощение с помощью мощного развития корневых систем: у некоторых растений пустынь масса корней превышает массу наземных органов в 9-10 раз;

– сокращают потери воды снижением испарения листьями;

– накапливают воду в мясистых стеблях (кактусы и африканские молочаи) или в листьях (алоэ, агавы);

– вырабатывают механизмы, позволяющие переносить недостаток воды.

Растения, накапливающие воду в мясистых стеблях или листьях, называют стеблевыми и листовыми суккулентами (от лат. succulentus – сочный). Для защиты от испарения они имеют толстую покровную ткань, а кактусы – устьица (отверстия, через которые происходит испарение), глубоко погруженные в ткань листа и открывающиеся только ночью, когда температура воздуха снижается. В то же время корневые системы суккулентов развиты слабо, поскольку они произрастают в местностях хотя и с редкими, но обильными осадками.

Растения, не накапливающие влагу, а добывающие ее с больших глубин и имеющие строение для максимального снижения испарения, называют склерофитами (от греч. skleros - твердый, жесткий). Склерофиты имеют жесткие сухие стебли, мелкие жесткие листья, которые часто сбрасывают во время сухого сезона. У многих склерофитов листья редуцированы (саксаул) или представляют собой колючки.

Адаптации животных . Существуют три вида адаптации животных к засухе.

1. Поведенческие – миграции в места, где есть вода, посещение водопоев, ночной образ жизни, укрытие в норах.

2. Морфологические - наличие защитных покровов.

3. Физиологические:

– наличие механизмов обратного всасывания воды в пищеварительной и выделительной системах;

– выделение высококонцентрированной или твердой мочи;

– синтез метаболической воды;

– способность переносить сильное обезвоживание.

Список основной литературы

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. М., 2005 г.

5. Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002 г.

6. Под редакцией А.С.Степановских. Общая экология. М., 2001 г.

Вода физиологически необходима цитоплазме любой клетки, потому является лимитирующим фактором как для сухопутных организмов, так и для обитающих в воде, если в последнем случае ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в очень соленой воде осмотическим путем.

В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется количеством осадков, влажностью, иссушающими свойствами воздуха и доступной площадью водных запасов.

Количество атмосферных осадков зависит от физико-географических условий и распределено по земному шару неравномерно. Для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве суммарных годовых осадков их неравномерное распределение может приводить к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезонную активность при практически постоянной в течение года температуре.

Влажность воздушной среды измеряется обычно в показателях относительной влажности (процентное отношение реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре). Величина влажности влияет на температурные эффекты: понижение влажности ниже определенного предела при данной температуре ведет к иссушающему воздействию воздуха.

Иссушающее действие воздуха наиболее важно для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду из почвы при помощи корневой системы. Иссушение почвы затрудняет всасывание. Растения адаптируются к иссушению почвы за счет увеличения всасывающей силы и активной поверхности корневой системы.

Вода расходуется на фотосинтез, около 0,5% воды всасывается клетками, а 97  99% ее расходуется на транспирацию  испарение воды через листву. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации. Основной формой адаптации растений к иссушению почвы является не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи.

В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп , например: гигрофиты – наземные растения, живущие в очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис), мезофиты – растения, способные переносить незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав и др.), ксерофиты – растения сухих степей и пустынь. Ксерофиты, в свою очередь, подразделяются на суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (алоэ, кактусы), и склерофиты – растения, обладающие высокой всасывающей способностью корневой системы и способные снижать транспирацию за счет узких мелких листьев.

Среди суккулентов наблюдается явление конвергенции – растения, относящиеся к разным видам, имеют практически одинаковую форму: африканский молочай и кактус имеют шарообразную форму, обеспечивающую минимальную поверхность испарения.

Среди животных по отношению к воде выделяют свои экологические группы : гигрофилы (влаголюбивые), мезофилы – промежуточная группа и ксерофилы (сухолюбивые). Способы регуляции водного баланса у животных делятся на поведенческие, морфологические и физиологические.

К поведенческим способам относятся миграция в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни и др. К морфологическим способам адаптации – приспособления, задерживающие воду в организме: раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий и др. Физиологические приспособления обеспечивают образование метаболической воды , являющейся результатом обмена веществ и позволяющей организму обходиться без питьевой воды. Последний способ адаптации используется такими животными, как верблюды, овцы, собаки, которые выдерживают потери воды в существенных количествах (верблюды – до 27%). Человек погибает уже при 10%-ой потере воды. Пойкилотермные животные лучше выносят потерю воды, так как им не приходится использовать воду для охлаждения организма, как гомойотермным.

Без воды никуда!

Воду по праву можно назвать источником всего живого на земле. Растения, животные, рыбы и птицы, и конечно, царь природы - человек - никто не в состоянии прожить без воды. Каким-то обитателям планеты Земля требуется ее совсем чуть-чуть, другие просто не смогут без нее прожить и часа. Человек не относится к водным обитателям, и лишь потребляет воду внутрь для обеспечения нормальной жизнедеятельности и использует ее для гигиены и удовольствия. Но и он самым прямым образом связан с водной стихией. На 60 % организм человека это вода. Так, жировая ткань берет 20% от массы воды, костям необходимо 25%, на печень уходит еще 70, скелетные мышцы требуют для себя 75%, крови нужно 80% воды, мозгу требуется 85 её процентов.

Живые организмы обитают в условиях постоянно меняющейся среды, а для нормальной их работы важная составляющая - это постоянство внутренней среды самого организма. Эта среда поддерживается плазмой крови, тканевой жидкостью, лимфой. А большая часть их состоит из воды, белков и минеральных солей. Несмотря на то, что вода и минеральные соли не являются питательными веществами и энергетическими источниками, в отсутствие воды невозможны обменные процессы. Вода является прекрасным растворителем. Окислительно-восстановительные процессы и прочие реакции обмена происходят в жидкой среде. Вода транспортирует некоторые газы, перемещая их как в растворенном состоянии, таки в форме солей. Являясь содержимым пищеварительных соков, вода способствует удалению из организма обменных продуктов, среди которых присутствуют токсические вещества. Вода участвует в терморегуляции.

Важность воды для человека

Сколько человек способен прожить, не употребляя воду? Специалисты утверждают, что не более 7-10 дней. Этот срок гораздо меньше, чем отводят те же специалисты человеку, оставшемуся без еды. Значит, вода важнее!

Вода покидает организм человека через почки вместе с мочой. Таким образом теряется около 1700 мл. Через кожу человек теряет около 500мл. Выдыхая через легкие, человек лишается еще 300 мл воды.

Водный баланс

Соотношение между принятой внутрь водой и ее выводом из организма есть водный баланс. Водный баланс очень важен для нормального функционирования всех систем организма. В случаях, когда количество выпитой воды меньше, чем человек выделяет, есть риск развития разных расстройств. Ведь вода входит в состав тканей, как солевой раствор присутствует в теле, является его структурным компонентом и обеспечивает связь водного обмена с минеральными веществами.

Значение минеральных веществ для организма человека

Минеральные вещества являются неотъемлемой частью скелета. Они содержатся в структуре белков, гормонов и ферментов. Общая цифра всех минеральных веществ в человеческом теле около 4-5% массы. Большая часть минеральных веществ поступает в организм с едой и водой. Однако, содержание минеральных веществ в продуктах питания и в воде не всегда достаточно для нормальной жизнедеятельности организма. Практически все люди приправляют пищу поваренной солью, которой требуется примерно 10-12 грамм в день. Ели в организме наблюдается хронический недостаток минеральных веществ, то человек может серьезно заболеть.

Правильное функционирование центральной нервной системы, сердца и других внутренних органов происходит только в случае определенного содержания ионов минеральных веществ. Благодаря им сохраняется постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости. Ионы минеральных веществ принимают участие в процессах секреции, всасывании, выделения и других процессах.

Дополнительно