6) Структура, властивості та функції води

Вода́, Н2O — хімічна речовина у вигляді прозорої безбарвної рідини без запаху і смаку, (в нормальних умовах). В природі існує у трьох агрегатних станах — твердому (лід), рідкому (вода) і газоподібному (водяна пара). Молекула води складається з одного атома Оксигену і двох атомів Гідрогену. Атоми Гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45o із вершиною в центрі атома Оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів Гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.

Чиста вода — безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. На землі вода існує в трьох агрегатних станах — твердому, рідкому та газоподібному. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С — кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.

У рідкому стані вода практично не стискається, при замерзанні розширюється на 1/11 від свого об'єму.

Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см³ чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя.

Молекули води мають слабку здатність до зворотної іонізації шляхом розпаду на протон H+ і гідроксид-іон OH-:

H2O is in equilibrium with H+ + OH-;

Не зважаючи на те, що одним із продуктів дисоціації є протони, вони не існують у воді у вільному стані, а натомість відразу ж приєднуються до молекул H2O з утворенням іонів гідронію H3O-. Внаслідок іонізації чиста вода до певної міри може проводити електричний струм.

У хімічному відношенні вода досить активна. З багатьма речовинами вона вступає в хімічні реакції вже при звичайній температурі. З оксидами лужних і лужноземельних металів вона утворює основи:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

З багатьма оксидами неметалів (ангідридами) вода утворює кисневмісні кислоти:

Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4

З найактивнішими металами вона утворює основи з виділенням водню:

2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2 ↑

З деякими солями вода утворює так звані кристалогідрати, які характеризуються строго визначеною кількістю молекул води, що припадають на одну молекулу солі. Наприклад, з сульфатом міді вода утворює мідний купорос:

CuSO4 + 5Н2О = CuSO4 • 5Н2О

в якому на одну молекулу сульфату міді припадає п'ять молекул води. Воду, що входить до складу кристалів, називають кристалізаційною.

Деякі речовини відзначаються підвищеною здатністю поглинати вологу повітря. Внаслідок цього вони мокріють (наприклад, NaCl), а інколи навіть і розпливаються на повітрі (як CaCl2). Такі речовини називають гігроскопічними. На відміну від кристалізаційної, кількість гігроскопічної води в речовинах, змінна. Вона хімічно не взаємодіє з речовиною-адсорбантом.

При високій температурі водяна пара взаємодіє з залізом і іншими речовинами. Наприклад:

3Fe + 4Н2О = Fe3О4 + 4Н2

Раніше цю реакцію застосовували в техніці для добування водню.

У термічному відношенні вода досить стійка. Проте при температурах, вищих 1000°С, вона починає розкладатися на водень і кисень:

2Н2О = 2Н2 + O2

Хімічна сумісність вод – здатність вод не утворювати твердих осадів при їх змішуванні.

Наукові дослідження доводять, що, крім розчинення і переносу необхідних речовин, вода володіє багатьма іншими функціями.

Вода забезпечує процес гідролізу (хімічної взаємодії речовини з водою, при якому складна речовина розпадається на два і більше нових речовин) у всіх аспектах обміну речовин. Саме цим пояснюється те, що вода допомагає насіння зрости і перетворитися на квітку чи дерево, — сила води використовується для продовження життя.

Осмотичний рух води через мембрану в стані генерувати гідроелектричну енергію, яка перетвориться і зберігається в енергетичних резервуарах у формі АТФ (аденозинтрифосфат) і ГТФ (гуанозінстріфосфат) — двох найважливіших систем елементів батарей, хімічних джерел енергії в організмі. Енергія, що генерується водою, йде на виробництво АТФ і ГТФ, які використовуються в найпростіших обмінах, особливо в процесі нейротрансмісії.

Вода формує певну структуру, яка використовується в якості сполучного речовини в клітинній архітектурі, яке, як клей, скріплює тверді структури в клітинній мембрані. При високих температурах тіла це речовина досягає твердості «льоду».

Речовини, які продукують клітинами мозку, по «водними шляхами» доставляються до нервових закінчень для використання в передачі повідомлень. Невеликі «водні шляхи», що простягнулися вздовж нервів і переносять речовини, носять назву мікротрубок.

Білки і ензими функціонують більш ефективно в розчинах зниженою ступеня в’язкості. Це відноситься до всіх рецепторів у клітинних мембранах. У розчинах високого ступеня в’язкості (при стані зневоднення) ефективність білків і ензимів знижується. Звідси випливає, що вода сама регулює всі функції організму, включаючи активність розчинених речовин, які вона розносить. Нова наукова істина (зсув парадигми) — «Вода, будучи розчинником, регулює всі функції, включаючи активність розчинених речовин, які вона розносить по організму» — повинна лягти в основу майбутніх медичних досліджень.

Коли організм зневоднений, система раціоналізації і розподілу води наводиться в дію відповідно до заздалегідь встановленою програмою пріоритетів — формою управління сухістю. Якщо в організмі немає водних резервів, в ньому функціонує система розподілу вже наявної води або води, що потрапила в організм з її прийомом.