Реферат «Вода и её биологическое значение»

ООО Учебный центр
«ПРОФЕССИОНАЛ»

Реферат по дисциплине:

«Общая, неорганическая и органическая химия»

По теме:

«Вода и её биологическое значение»

Исполнитель:
ФИО Абдуразакова В. П.

Москва 2025 год

Содержание

Введение ............................................................................................................. 3

1. Вода в природе……. ...................................................................................... 4

1.1 Роль воды в биосферных процессах……..................................................4

1.2 Аномальные свойства воды……................................................................4

1.3 Вода – среда жизни……. ............................................................................ 8

1.4 Вода и здоровье человека…………………………………………………11

2. Заключение .......................................................................................................13

3. Список литературы……………………………………………………………14

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

В.И.Вернадский

Введение

Вода — одно из самых распространённых и жизненно важных веществ на Земле. Она играет фундаментальную роль в поддержании жизни, в протекании биологических процессов, в регулировании климата и в геологических преобразованиях. Без воды невозможно существование никаких форм жизни, а её уникальные физико-химические свойства обусловливают многообразие жизненных форм и экологических систем.
Цель данного реферата — расширить знания учащихся об аномальных свойствах воды, ее роли в биосферных процессах

1. Вода в природе

1.1 Роль воды в биосферных процессах

Вода — неотъемлемый компонент биосферы, активно участвующий в круговороте веществ и передаче энергии. Она выполняет множество функций: обеспечивает существование организмов, регулирует климат, способствует почвообразованию. В природе вода существует в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном, что обуславливает её способность участвовать в гидрологическом цикле. Благодаря испарению с поверхности океанов и конденсации в атмосфере, осуществляется непрерывное перемещение водных масс, обеспечивая равномерное распределение влаги по планете.
Вода является универсальным растворителем, что делает возможным множество химических и биохимических реакций. Она принимает участие в разрушении горных пород, в переносе ионов и веществ, играет роль среды, в которой происходят все жизненно важные процессы.

1.2 Аномальные свойства воды

Молекула воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома ки- слорода, является исключительно устойчивым химическим соединением, которое может существовать в самых разных условиях – в Космосе, на по- верхности Земли и в ее мантии. Атомы водорода и кислорода существуют в виде нескольких изотопов. Cтабильных изотопов водорода два – обычный водород 1Н, или протий, и тяжелый водород 2Н, или дейтерий (их соотно- шение в природе 6700:1). Стабильных изотопов кислорода три – 16О, 17О и 18О (их процентное содержание – 99,759%, 0,037%, 0,204% соответственно). Обычная природная вода, содержащая изотопы 1Н и 16О, составляет 99,73% гидросферы Земли.

Как известно, свойства простых и сложных соединений находятся в за- висимости от величины их молекулярной массы. С этой точки зрения, вода должна быть подобна химическим соединениям водорода с другими эле- ментами VI группы таблицы Д.И.Менделеева: серой (H₂S), селеном (H₂Se) и теллуром (H₂Te), т.е. кипеть при –70 °С и замерзать при –90 °С (рис. 1).

Обладай вода такими свойствами, на Земле она могла бы существовать только в виде пара. Однако вода имеет очень высокие температуры замерзания (0 °С) и кипения (100 °С). Это позволяет ей существовать во всех агрегатных состояниях (водяной пар атмосферы, мировой океан, ледники) на нашей планете и имеет большое значение для геологических, климатических и биологических процессов на Земле.

Не меньшее значение имеет особенность поведения воды при охлаждении. В отличие от большинства веществ, плотность которых с понижением температуры увеличивается, вода обладает наибольшей плотностью при 4 ^оC ( = 1000 кг/м³), выше и ниже этой температуры плотность меньше. Плотность воды при 0°С равна 999,968 кг/м³, тогда как плотность льда при этой температуре – 916,8 кг/м³. Благодаря такой особенности воды глубокие водоемы не промерзают до дна; при ее замерзании лед не опускается на дно, и в водоемах сохраняется жизнь.

Вода обладает уникальными тепловыми характеристиками во всех ее агрегатных состояниях – очень высокими теплотой плавления льда, теплотой испарения и теплоемкостью. Из всех природных твердых и жидких веществ вода обладает наибольшей теплоемкостью: удельная теплоемкость при нормальных условиях 4,19 кДж/(кград). Это делает воду, при том ее количестве, которое имеется на Земле, планетарным аккумулятором тепла, а учитывая круговорот воды – постоянное движение воды во всех подразделениях биосферы, в том числе океанические течения, бризовые и муссонные ветры, – планетарным переносчиком тепла.

Вода является мощным тепловым стабилизатором,обеспечивая устойчивый климат на планете. Главными амортизаторами являются ледники и Мировой океан, а также мощные океанические течения, несущие тепло в полярные широты и холод в экваториальные. Теплые течения способствуют конвекции и выпадению осадков, а холодные – уменьшают возможность их выпадения. Кроме того, течения обеспечивают перемешивание воды, перенос питательных веществ, миграцию животного и растительного планктона. В качестве примера можно привести расположенный за полярным кругом и незамерзающий за счет течения Гольфстрим порт Мурманск, где средняя температура января около 0 °С (как в степном Крыму). На той же широте в Якутии средняя температура января равна –40 °С.

Превращение воды в другие агрегатные состояния – лед и пар – связано с изменением характера межмолекулярного строения и сопровождается выделением или поглощением большого количества энергии.

Удельная теплота плавления льда равна 334кДж/кг, а удельная теплота парообразования воды – 2260 кДж/кг. Это означает, что для перевода льда в воду или воды в пар требуется огромное количество энергии. Основным источником этой энергии в изменениях состояния воды на Земле является Солнце. Так, ежесекундно на испарение воды с поверхности Мирового океана затрачивается порядка 10¹³кДж солнечной энергии. Водяной пар, запасая эту энергию, переносит ее на сушу или возвращает в океан, конденсируясь в облака и выпадая в виде различных атмосферных осадков. Одновременно водяной пар атмосферы является (так же, как и углекислый газ, но в большей степени) основным утеплителем планеты, изолируя ее от космического пространства и перехватывая тепловое излучение Земли.

Этот так называемый парниковый эффект, обусловленный присутствием в атмосфере водяного пара и углекислого газа, обеспечивает среднегодовую температуру у поверхности Земли порядка 15°С, при этом водяной пар задерживает до 60% отражаемого теплового излучения земной поверхности. Уменьшение в атмосфере водяного пара наполовину понизило бы температуру у поверхности Земли до катастрофической величины –5°С. К счастью, в отличие от углекислого газа, содержание которого в атмосфере за счет антропогенных выбросов возрастает (происходит усиление парникового эффекта), содержание водяного пара в атмосфере, обусловленное глобальным геобиохимическим круговоротом воды в биосфере, достаточно стабильно.

Вода обладает большим поверхностным натяжением (большее значение имеет только ртуть). Поверхностное натяжение вместе с явлением смачиваемости позволяет воде передвигаться по капиллярам вопреки силе тяжести. Это свойство воды удерживает ее в почве, не дает уйти в глубокие горизонты, обеспечивает насыщенность корнеобитаемых слоев почвы водой, позволяет перемещаться воде с растворенными в ней питательными веществами по стеблям и стволам растений, обеспечивает важнейший процесс в круговороте воды – транспирацию, т.е. испарение с листовой поверхности растений.

Дипольный характер молекул воды обуславливает большую величину диэлектрической проницаемости, благодаря чему молекулы воды активно

«растаскивают» частицы и ионы растворяемого вещества, обеспечивая его высокую растворимость в воде. Вода – уникальный растворитель. Рас- творяя вещества, она практически не изменяет их химическую природу и является прекрасным транспортным средством доставки живым организмам необходимых им питательных веществ. Вода растворяет и газы. Кислород, растворенный в воде, обеспечивает жизнедеятельность аэробных водных живых организмов (водной биоты).

Важной характеристикой воды является ее соленость. Средняя соленость воды океана 35 промиле. Свойства воды зависят от растворенных в ней химических веществ. В частности, от степени солености зависит температура замерзания воды: морская вода замерзает при температуре порядка –2 °С, вода некоторых соленых озер – даже при температуре –20 °С.

1.3 Вода – среда жизни

В ходе эволюции вода сыграла решающую роль. Именно водная среда (Мировой океан) явилась тем «питательным бульоном», в котором 3,5 млрд лет назад при специфических внешних условиях зародилась жизнь на Земле.

Мировой океан в настоящее время служит важнейшим источником пищевых ресурсов для человечества, поставляя 25% белков животного происхождения. Вода обеспечивает существование жизни на нашей планете: сложнейшие биохимические реакции в клетках животных и растительных организмов могут протекать только при наличии воды. Живые существа на Земле содержат в среднем около 70–80% воды, т.е. на 3/4 состоят из нее. С химической точки зрения живое вещество – это водный раствор, и почти все процессы, обеспечивающие его жизнедеятельность, сводятся к химическим реакциям в водном растворе.

По солевому составу кровь человека и морская вода очень близки. Кровь человека составляет десятую часть жидкости в его теле (в среднем 5 л крови) и обеспечивает возможность обмена веществ в организме. Одна из ее главных функций, подобно воде в природе, – транспортная (перенос кислорода, питательных веществ, шлаков). Для поддержания жизни человек должен получать около 2,5 л воды в сутки (непосредственно и с пищей). В среднем за свою жизнь человек потребляет и выделяет около 75 т воды, а все человечество – почти четвертую часть годового стока всех рек мира. Без воды человек не проживет и недели. Обезвоживание организма приводит к серьезным нарушениям функционирования различных органов. Человек тяжело переносит потерю 5% воды, а обезвоживание на 15–25% приводит к необратимым изменениям в организме и к смерти.

2

Как известно, кислород атмосферы, играющий исключительно важную роль в функционировании всех аэробных живых организмов, в том числе и человека, – биогенного происхождения. Более 150 млрд т кислорода поставляют ежегодно в атмосферу фитопланктон и наземные растения за счет фотосинтеза – важнейшего биохимического процесса на нашей планете. С помощью масс-спектрометрии, используя изотопную разновидность воды H2¹⁸O, было доказано, что источником кислорода при фотосинтезе служит вода:

6СО2 + 6Н2О + энергия света, хлорофилл → С6Н12О6 + 6О2

Появление в ходе эволюции фотосинтезирующих синезеленых водорослей (цианобактерий) 2 млрд лет назад привело к возникновению в биосфере планеты организмов с аэробным, энергетически более выгодным типом об- мена веществ, что вызвало к жизни многочисленные новые формы, активно осваивающие окружающую их среду. Свободный кислород насыщал воду, а затем и атмосферу, что привело к переходу первичной восстановительной атмосферы в окислительную – важнейшему событию в эволюции живых организмов на Земле. Кислород в атмосфере под действием мощного ультрафиолетового солнечного излучения создал в стратосфере озоновый слой, защищающий белковые соединения от разрушительного действия жесткой радиации, что позволило жизни выйти из Мирового океана на сушу.

Одновременно с образованием первичных гидросферы и атмосферы на Земле зародился геологический круговорот воды. (рис. 1).

Рис. 1. Круговорот воды в природе

Этот планетарный круговорот воды продолжается до сих пор, в нем участвует и живая природа, теперь он имеет геобиохимический характер. По словам В.И.Вернадского, «любое проявление природной воды – глет(черный лед), безмерный океан, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник – составляет единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой».

Круговорот воды в природе – это непрерывный процесс движения и обмена водой между различными составляющими гидросферы. Примерно за 3000 лет вся современная масса гидросферы испаряется, т.е. интенсивность возобновления воды достаточно велика. Обладая в миллион раз меньшей массой воды, чем масса гидросферы, живые организмы, главным образом растения, пропускают ее через себя (примерно за 1 млн лет). Таким образом, природная вода – это важный продукт жизнедеятельности живых организмов. В круговороте воды на суше доминирующая роль принадлежит растениям, 2/3 осадков определяются транспирацией. «Вся масса воды, – писал В.И.Вернадский, – и в жидкой, и в газообразной, и в твердой форме находится в непрерывном движении, переполнена действенной энергией, сама вечно меняется и меняет все окружающее… Картина видимой природы определяется водой…»

Велика роль воды в истории человеческой цивилизации. Вся практическая (хозяйственная) деятельность человека с самой глубокой древности связана с использованием воды. Вода – ценнейший природный ресурс, и нет ни одной отрасли мирового хозяйства, где бы она не использовалась.

Вода – важнейший техногенный источник получения энергии. Значительный энергетический потенциал заключен в океанических водах – приливах, температурной разности вод, морских течениях. В настоящее время пятую часть вырабатываемой в мире электроэнергии дают гидроэлектростанции. На тепловых и атомных электростанциях (ТЭС и АЭС) именно вода, пре- вращенная в пар, вращает турбины, связанные с электрогенераторами.

Велико транспортное значение водной поверхности Земли. Более

75% мирового грузооборота приходится на морской транспорт.

1.4 Вода и здоровье человека.

Вода неотъемлемое условие существования, здоровья и активной деятельности человека. Человек состоит из две трети воды. А головной мозг – вообще на 80%. Она находится во всех продуктах, которые мы употребляем. Потеря воды у человека вызывает жажду. Потеря воды, составляющая всего полпроцента от массы тела, уже вызывает у человека жажду. Рассчитаем, потеря какого количества воды по массе и объему вызовет жажду у школьника массой 35 кг? Масса воды в его организме занимает 75% или 26,25 кг .Для того, чтобы найти потерю воды, которая вызовет жажду, надо: 26,25 ∙ 0.5 :100 =0.131кг или 0.131л. Серьезные негативные последствия может вызвать обезвоживание организма на 6%. Кровь становиться густой, вязкой, бедной кислородом. Она плохо очищается от продуктов обмена и эндотоксинов, снижая защитно-приспособительные силы организма. В организме создаются благоприятные условия для развития болезненных состояний и хронических болезней и даже онкологических процессов. При обезвоживании произойдет потеря воды в организме на 6%,а при жажде 0.5%. В нормальном состоянии человек массой 70кг выделяет 3л воды. Сколько процентов воды в организме обновляется ежедневно у этого человека при количестве воды в организме 80%. Ежедневно обновляется 5.35%. Как до этого мы дошли? Очень просто. В 70 кг массы человека содержится 80% воды или 56кг.Так как человек выделяет 3л воды из них 400 мл образуется за сутки ,то 3-0.4=2.6л или 5.36%― необходимо выпивать человеку ежедневно. Конечно же, все зависит от индивидуальных особенностей организма, его массы, климатических условий жизни, физической активности и ещё многих факторов. И все же ученые утверждают, что норма потребления воды составляет 40 мл на кг массы тела. Это для взрослых, что же касается детей, то у них эта потребность выше на 40%. Сколько воды с собой надо взять семье из 3 человек, для однодневного похода в лес? Папа, массой 96кг: 96∙0,04=3.84 л необходимо папе. Мама, массой 56кг: 56∙0.04=2.24л -необходимо маме; Чтобы рассчитать, сколько литров понадобится девочке:0.04∙40:100=0.016л на 1 кг веса девочки; 36∙0.056=2.016л-необходимо воды для девочки; Необходимо для всей семьи: 2.016+2.24+3.84=8.09л. Привычка пить без необходимости очень вредна. В результате излишнего употребления воды кровь разжижается, увеличиваются нагрузки на сердце, почки, желудок, головной мозг, появляются отеки. Хорошая чистая вода –это одно из главных условий здоровья человека. За сколько дней в среднем обновляется в организме вода? Человек массой 70кг содержится 80% или 56л. В день надо выпивать 2.8л воды. С пищей он употребляет 0.5л и 0.25л воды образуется в процессе переваривания пищи, тогда 2.8+0.5+0.25=3.55л воды употребляет в день. Тогда, 56:3.55=15.8 суток обновляется вода в человеке.

2. Заключение

Вода – одна из наиболее важных жизнеобеспечивающих природных сред, образовавшихся в результате эволюции Земли. Она является составной частью биосферы и обладает рядом аномальных свойств, влияющих на протекание физико-химических и биологических процессов в экосистемах.

К таким свойствам относятся очень высокие и максимальные среди жидкостей теплоемкость, теплота плавления и теплота испарения, поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость и растворяющая способность. Кроме того, для воды характерна повышенная миграционная способность, имеющая важное значение для ее взаимодействия с сопредельными природными средами и живым веществом планеты. И только благодаря этим свойствам воды стала возможна жизнь на Земле. Вода необходима для жизни, она – сама жизнь. Вода наполняет нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами… Вода- самое большое богатство на свете. Вода – самое удивительное и самое распространенное природное соединение – источник жизни и условие ее формирования на Земле. Она- неотъемлемое условие существования, здоровья и активной деятельности человека. Ограниченность водных ресурсов создает исключительно сложные проблемы для человечества. Вода — основа существования всего живого на нашей планете. Там, где есть вода — есть жизнь, и чем больше в наличии доступной влаги, тем богаче и разнообразней проявления жизни во всех ее формах.

3. Список литературы

1.Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача, Екатеринбург: изд. "Уральский рабочий", 1994. - 378 с.

2. Водный кодекс РФ от 03.06.2006№74-ФЗ

3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология, т. 1.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1993. - 368 с.

4. Горн Р.А. Морская химия. - M.: Мир, 2012. - 398 с.

5. Государственный контроль качества воды

6. Зенин С. В. Водная среда как информационная матрица биологических процессов. В кн. Тезисы докладов 1 Международного симпозиума, Пущино, 1997, с. 12-13.

7. КриксуновЕ.А., Пасечник В.В. “Экология. 10-11 класс”, “Дрофа”, 2000

8. Сборник. Структура и роль воды в живом организме, Л.: Изд. ЛГУ, 1966. - 208 с.

9. Унифицированные методы исследования качества вод. Методы химического анализа вод. - М., 2017. - Ч. 1. - С. 8 - 32.