Zdjęcie przedstawia lodowiec u wybrzeży oceanu. Masa lodu jest nieregularna i przybiera różnorodne kształty zgromadzone obok siebie.
Zdjęcie przedstawia lodowiec u wybrzeży oceanu. Masa lodu jest nieregularna i przybiera różnorodne kształty zgromadzone obok siebie.
Składniki nieorganiczne
Woda na Ziemi jest w 97% słona lub z innego powodu niezdatna do picia. Kolejne 2% stanowią czapy lodowe i lodowce. Pozostały 1% musi zaspokoić potrzeby całej ludzkości.
Źródło: Liam QuinnFlickr, licencja: CC BY-SA 2.0.
Właściwości wody i jej znaczenie dla organizmów
Twoje cele
Wyjaśnisz związek budowy cząsteczki wody z jej właściwościami.
Wskażesz znaczenie wody dla organizmów.
Woda stanowi znaczną część masy każdego organizmu, a jej wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne czynią ją niezbędnym elementem życia. Jest środowiskiem dla większości reakcji biochemicznych zachodzących w komórkach, umożliwia transport substancji oraz pomaga w regulacji temperatury ciała, a przez to w utrzymaniu stałości środowiska wewnętrznego. Jest także kluczowym substratem wielu procesów życiowych, m.in. fotosyntezy, podczas której powstaje z niej tlen, wykorzystywany do pozyskiwania energii oraz wodór wbudowywany w różnorodne związki chemiczne. Nazywana „cząsteczką życia”, woda odegrała fundamentalną rolę w powstaniu życia na Ziemi, jego przetrwaniu i ewolucji.
Polecenie 1
Obejrzyj film „Woda - cząsteczka niezbędna dla życia”. Zwróć uwagę na budowę chemiczną cząsteczki wody, właściwości takie jak ciepło parowania, ciepło właściwe, zdolność do rozpuszczania różnych substancji i rozszerzalność cieplna. Przeanalizuj zjawiska kohezji i adhezji. Zastanów się, jak te cechy wpływają na biologiczne funkcje wody i jej znaczenie dla organizmów żywych. Po zapoznaniu się z filmem wykonaj znajdujące się pod nim Ćwiczenia.
R1RFGQA8B1P3G
Film nawiązujący do treści materiału
Film nawiązujący do treści materiału
Woda – cząsteczka niezbędna dla życia.
Źródło: Inga Wójtowicz, reż. Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Inga Wójtowicz, reż. Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Film nawiązujący do treści materiału
1
Ćwiczenie 1
Wyjaśnij, dlaczego cząsteczka wody jest dipolem elektrycznym.
RLU7GF4PKRJAH
Zwróć uwagę jakie pierwiastki budują cząsteczkę wody i co się dzieje z ich elektronami.
W cząsteczce wody dwa atomy wodoru nie są ułożone symetrycznie po obu stronach atomu tlenu. Elektrony wiążące atomy wodoru z tlenem są przesunięte w stronę atomu tlenu, przez co ładunki elektryczne rozkładają się w cząsteczce nierównomiernie: jeden biegun uzyskuje ładunek ujemny, a drugi dodatni.
R62GVA17N5N75
Ilustracja przedstawia cząsteczkę wody, składającą się z atomu tlenu w centralnej części oraz dwóch atomów tlenu, znajdujących się po obu stronach atomu wodoru. Na grafice znajdują się dodatkowe opisy oznaczone cyframi 1‑5: 1. atom tlenu cząstkowy ładunek ujemny, 2. atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni, 3. atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni, 4. silnie spolaryzowane wiązanie elektrony w wiązaniu silnie przesunięte w stronę atomu tlenu, 5. silnie spolaryzowane wiązanie elektrony w wiązaniu silnie przesunięte w stronę atomu tlenu
Ilustracja przedstawia cząsteczkę wody, składającą się z atomu tlenu w centralnej części oraz dwóch atomów tlenu, znajdujących się po obu stronach atomu wodoru. Na grafice znajdują się dodatkowe opisy oznaczone cyframi 1‑5: 1. atom tlenu cząstkowy ładunek ujemny, 2. atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni, 3. atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni, 4. silnie spolaryzowane wiązanie elektrony w wiązaniu silnie przesunięte w stronę atomu tlenu, 5. silnie spolaryzowane wiązanie elektrony w wiązaniu silnie przesunięte w stronę atomu tlenu
Cząsteczka wody ma nietypowe właściwości fizyczne i chemiczne. Ze względu na ułożenie budujących ją atomów jest dipolem, czyli cząsteczką dwubiegunową – jeden z jej biegunów naładowany jest dodatnio, a drugi ujemnie.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.
1
Ćwiczenie 2
Wyjaśnij dlaczego w wodzie tworzą się wiązania wodorowe?
R84AFVCZMPN6B
Wiązanie wodorowe jest rodzajem oddziaływania elektrostatycznego, które powstaje między atomem o ujemnym ładunku cząstkowym, a atomem wodoru połączonym z tlenem.
Występowanie wiązań wodorowych w wodzie wynika z budowy dipolowej jej cząsteczek. Wiązanie wodorowe tworzy się między posiadającym ładunek dodatni atomem wodoru jednej cząsteczki a ujemnie naładowanym atomem tlenu drugiej cząsteczki.
R14B4X291XGP1
Ilustracja przedstawia wiązanie wodorowe. Schematycznie przedstawione cząsteczki wody: do większej czerwonej kuli symbolizującej tlen przylegają dwie mniejsze białe kule symbolizujące wodór. Widoczne są połączenia wodorowe między tlenem a wodorem cząsteczek wody leżących obok siebie. Przy atomach tlenu gromadzi się ładunek ujemny (sigma -), a przy atomach wodoru gromadzi się ładunek dodatni (sigma +).
Ilustracja przedstawia wiązanie wodorowe. Schematycznie przedstawione cząsteczki wody: do większej czerwonej kuli symbolizującej tlen przylegają dwie mniejsze białe kule symbolizujące wodór. Widoczne są połączenia wodorowe między tlenem a wodorem cząsteczek wody leżących obok siebie. Przy atomach tlenu gromadzi się ładunek ujemny (sigma -), a przy atomach wodoru gromadzi się ładunek dodatni (sigma +).
Porównaj zjawisko kohezji i adhezji. Jakie znaczenie mają te zjawiska dla funkcjonowania organizmów?
R1EQNOKZR6SHE
Przypomnij sobie, jakie właściwości wody wynikają z jej budowy i oddziaływań między cząsteczkami.
Kohezja polega na wzajemnym przyciąganiu się cząsteczek wody, natomiast adhezja to przyciąganie cząsteczek wody do innych cząsteczek, np. tworzących ściany naczyń u organizmów. Dzięki kohezji i adhezji zostaje zachowana ciągłość słupa w wody w tkankach przewodzących roślin, a woda może być transportowana na duże odległości, nawet wbrew grawitacji.
1
Ćwiczenie 4
Wyjaśnij dlaczego niektóre przedmioty, mimo większej gęstości od wody, mogą unosić się na jej powierzchni? Podaj nazwę zjawiska fizycznego, które to umożliwia.
R1FKCR4B27BU9
Przypomnij sobie jak zachowują się cząsteczki wody na granicy faz woda‑powietrze.
Niektóre przedmioty mogą utrzymywać się na powierzchni wody ponieważ na styku powierzchni cieczy z inną fazą, np. z powietrzem, cząsteczki wody dużo łatwiej przyciągają siebie nawzajem niż cząsteczki znajdujące się w powietrzu. W rezultacie warstwa powierzchniowa tworzy elastyczną „błonę”, która może utrzymać obiekty o gęstości większej niż woda. Zjawisko odpowiedzialne za jej powstanie nazywa się napięciem powierzchniowym.
RKGK8n45isLcc
Na zdjęciu owad, który utrzymuje się na powierzchni wody, nie tonie w niej. Ma podłużne ciało oraz szeroko rozstawione 4 odnóża.
Pluskwiaki z rodziny nartnikowatych (Gerridae) utrzymują się na powierzchni wody dzięki napięciu powierzchniowemu. Przy odnóżach owada widoczny jest menisk wklęsły, czyli ugięcie powierzchniowej warstwy wody.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.
1
Ćwiczenie 5
Uzasadnij dlaczego rozpuszczeniu w wodzie ulegają tylko cząsteczki polarne.
R5DGL59DB7V5A
Cząsteczki polarne to cząsteczki, które mają nierównomierny rozkład ładunków elektrycznych.
Cząsteczki polarne mają bieguny dodatnie i ujemne. Woda, jako dipol, przyciąga odpowiednie części tych cząsteczek, otaczając je i „odrywając” od siebie.
REJQoo6DrVh2x
Grafika przedstawia wiązania wodorowe między cząsteczkami trzech substancji: metanolu, czyli rozpuszczalnego związku polarnego, wody czyli rozpuszczalnika oraz roztworu metanolu w wodzie. Cząsteczki metanolu połączone są ze sobą wiązaniami wodorowymi. Cząsteczki wody tak samo. W przypadku roztworu metanolu w wodzie część wiązań między cząsteczkami metanolu oraz część wiązań między cząsteczkami wody ulega rozerwaniu, a następnie cząsteczki metanolu oraz cząsteczki wody łączą się ze sobą wiązaniami wodorowymi.
Grafika przedstawia wiązania wodorowe między cząsteczkami trzech substancji: metanolu, czyli rozpuszczalnego związku polarnego, wody czyli rozpuszczalnika oraz roztworu metanolu w wodzie. Cząsteczki metanolu połączone są ze sobą wiązaniami wodorowymi. Cząsteczki wody tak samo. W przypadku roztworu metanolu w wodzie część wiązań między cząsteczkami metanolu oraz część wiązań między cząsteczkami wody ulega rozerwaniu, a następnie cząsteczki metanolu oraz cząsteczki wody łączą się ze sobą wiązaniami wodorowymi.
W ciekłym metanolu występują wiązania wodorowe (zaznaczone kolorem jasnoczerwonym) między spolaryzowanymi grupami hydroksylowymi jego cząsteczek. Cząsteczki wody w stanie ciekłym także są połączone między sobą wiązaniami wodorowymi. Kiedy woda działa jako rozpuszczalnik, rozrywa część wiązań metanolu, przyłączając do jego cząsteczek swoje cząsteczki. Tworzy się roztwór metanolu w wodzie z wiązaniami wodorowymi pomiędzy wodą i alkoholem. Podobnie rozpuszczane są inne substancje.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 6
Wyjaśnij dlaczego organizmy wodne mogą przeżyć zimą pod lodem.
R186UQVMZZZTB
Przypomnij sobie jak zmienia się gęstość wody wraz ze spadkiem temperatury.
Woda uzyskuje największą gęstość w temperaturze 4Indeks górny oo Celsjusza. Woda taka opada na dno zbiornika, natomiast na powierzchni powstaje lżejszy lód, którzy tworzy warstwę izolacyjną. W ten sposób organizmy wodne są ochronione przed zamarzaniem.
1
Ćwiczenie 7
Wyjaśnij co to znaczy, że woda ma duże ciepło właściwe i wysokie ciepło parowania? Jakie znaczenie dla organizmów mają te właściwości wody?
R1H83D9TU1SU7
Pomyśl, jak zmiana temperatury wody jest związana z ilością energii, którą musi pochłonąć lub oddać, aby temperatura wzrosła lub spadła. Zastanów się, jaki związek ma ilość energii z przejściem wody ze stanu ciekłego w gazowy.
Duże ciepło właściwe oznacza, że dla podwyższenia lub obniżenia temperatury wody potrzeba dużej ilości energii. W związku z tym woda powoli się nagrzewa i powoli to ciepło oddaje, co chroni organizm przed wahaniami temperatury. Natomiast wysokie ciepło parowania wody oznacza, że przejście ze stanu ciekłego w stan gazowy wymaga dostarczenia dużej porcji energii. Dzięki tej właściwości niektóre zwierzęta mogą oddawać nadmiar ciepła wraz z potem, a rośliny wraz z wodą, która paruje z ich powierzchni.
ROLKGLPPMJ685
Zdjęcie przedstawia psa. Ma swobodnie zwisające uszy, otwarty pysk i wysunięty język. Patrzy gdzieś w dal. Jego sierść i nos mają kolor jasnobrązowy.
Psy nie mają gruczołów potowych w skórze, dlatego ochładzają ciało w inny sposób. Woda odparowywana jest ze śliny: psy wywieszają języki i szybko oddychają (jest to ziajanie). Ciepło z naczyń krwionośnych w języku jest tracone przez parowanie, a ruch powietrza ułatwia odprowadzenie pary wodnej na zewnątrz.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.
Ćwiczenie 8
Na podstawie dostępnych Ci źródeł porównaj pojęcie hydrofilowości i hydrofobowości. Podaj przykłady substancji hydrofilowych i hydrofobowych.
R11PM4G4SFTPJ
„Hydro-” pochodzi od greckiego słowa „hydor”, co oznacza wodę. „Filos” w języku greckim oznacza przyjaciel lub lubiący, a „fobos” oznacza strach lub odrazę.
Hydrofilowość to właściwość substancji, która polega na jej zdolności do wchodzenia w interakcje z cząsteczkami wody, co powoduje ich łatwe rozpuszczanie się w wodzie. Substancje hydrofilowe mają polarne grupy chemiczne, które tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody, co pozwala im na swobodne mieszanie się z wodą. Przykładami substancji hydrofilowych są: sól kuchenna, cukry i alkohole. Hydrofobowość to cecha substancji, które nie rozpuszczają się w wodzie, ponieważ nie tworzą z nią wiązań wodorowych. Substancje hydrofobowe mają cząsteczki niepolarne, które nie są w stanie oddziaływać z wodą, przez co wodę „odpychają”. Przykładami substancji hydrofobowych są: tłuszcze, oleje i wosk.
Ćwiczenie 9
Przeczytaj uważnie poniższy tekst, a następnie znajdź w ogólnodostępnych materiałach informacje na temat rodzajów układów koloidalnych. Wymień je oraz podaj ich przykłady.
Woda z niektórymi substancjami może tworzyć układ koloidalny. Jest to mieszanina, w której jedna substancja (cząsteczki rozproszone) jest równomiernie rozproszona w drugiej substancji (faza rozpraszająca), ale cząsteczki rozproszone są na tyle duże, że nie rozpuszczają się całkowicie. Układy koloidalne są powszechne w przyrodzie i w przemyśle, np. w kosmetykach, farbach, produktach spożywczych, lekach.
R1PQJ4F2MAPLK
Zwróć uwagę, że niektóre roztwory koloidalne mają postać galaretowatą lub ciała stałego, podczas gdy inne mają postać płynną.
Woda tworzy z niektórymi substancjami organicznymi układy koloidalne, zwane zolem i żelem. W zolu stałe cząsteczki są rozproszone w cieczy, np. białko w wodzie w mleku. W żelu ciekłe cząsteczki koloidalne są rozproszone w ciałach stałych, jak woda w białku (żelatyna). Obie te fazy mogą płynnie przechodzić jedna w drugą: zestalona galaretka stanie się znów płynna np. po ogrzaniu.
Podsumowanie
Cząsteczka wody składa się z jednego atomu tlenu i dwóch wodoru, tworząc dipol elektryczny z biegunem dodatnim i ujemnym.
Między cząsteczkami wody tworzą się wiązania wodorowe, wpływając na jej właściwości.
Kohezja polega na wzajemnym przyciąganiu się cząsteczek wody, a adhezja to przyciąganie się cząsteczek wody z innymi cząsteczkami.
Napięcie powierzchniowe wody wynika z faktu, że przy granicy faz woda‑powietrze cząsteczki wody przyciągają się do siebie mocniej niż do cząsteczek powietrza, co pozwala na unoszenie się lekkich organizmów na wodzie.
Woda rozpuszcza substancje polarne, ale nie rozpuszcza substancji niepolarnych, jak tłuszcze.
Woda osiąga największą gęstość w 4°C; lód ma mniejszą gęstość, dzięki czemu unosi się na wodzie, chroniąc zimą życie w zbiornikach wodnych.
Woda ma wysokie ciepło właściwe i wysokie ciepło parowania.
Hydrofilowy oznacza „lubiący wodę”, czyli substancje, które łatwo się w niej rozpuszczają. Hydrofobowy oznacza „bojący się wody”, czyli substancje, które nie rozpuszczają się w wodzie.
Woda tworzy układy koloidalne: zol i żel.
Ćwiczenia utrwalające
R14XJ8L4STOZO
Ćwiczenie 10
Przyporządkuj właściwościom wody odpowiednie funkcje biologiczne. wysokie ciepło właściwe Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania kohezja Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania gęstość i lepkość Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania duże napięcie powierzchniowe Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania
Przyporządkuj właściwościom wody odpowiednie funkcje biologiczne. wysokie ciepło właściwe Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania kohezja Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania gęstość i lepkość Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania duże napięcie powierzchniowe Możliwe odpowiedzi: 1. odporność słupa wody na rozerwanie umożliwiająca transport w kapilarach, 2. ochrona przed nagłymi zmianami temperatury otoczenia, 3. utrzymywanie na powierzchni małych organizmów, 4. umożliwianie organizmom pływania
Informacja do ćwiczeń 11 i 12
Lód to zamarznięta woda o strukturze krystalicznej. Podczas topnienia energia z otoczenia powoduje wzrost ruchliwości cząsteczek i niszczenie ich uporządkowanej struktury. Zjawisko to występuje np. podczas rozmrażania warzyw.
RDGTAPG2CKRH6
Ćwiczenie 11
Ułóż poprawne zdanie. 1. Podczas topnienia lodu gęstość wody rośnie, 2. lód utracił swoją strukturę, 3. cząsteczki wody zbliżają się do siebie, 4. Podczas topnienia lodu gęstość wody spada, ponieważ 1. Podczas topnienia lodu gęstość wody rośnie, 2. lód utracił swoją strukturę, 3. cząsteczki wody zbliżają się do siebie, 4. Podczas topnienia lodu gęstość wody spada.
Ułóż poprawne zdanie. 1. Podczas topnienia lodu gęstość wody rośnie, 2. lód utracił swoją strukturę, 3. cząsteczki wody zbliżają się do siebie, 4. Podczas topnienia lodu gęstość wody spada, ponieważ 1. Podczas topnienia lodu gęstość wody rośnie, 2. lód utracił swoją strukturę, 3. cząsteczki wody zbliżają się do siebie, 4. Podczas topnienia lodu gęstość wody spada.
1
Ćwiczenie 12
R1Pep3tj5XWWR
Wyjaśnij, jaki wpływ na komórki ma zamrażanie, uwzględniając zmiany ich objętości. (Uzupełnij).
Czy lód zwiększa czy zmniejsza swoją objętość w stosunku do wody w stanie ciekłym?
Woda, zamarzając, zwiększa swoją objętość. Ponieważ głównym składnikiem komórek jest woda, jej przejście w fazę stałą powoduje rozrywanie (zniszczenie) struktury komórek.
Polecenie 2
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.
