Вода как растворитель
Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. Тело среднего человека массой 70 кг содержит примерно 40 кг воды. При этом около 25 кг воды приходится на жидкость внутри клеток, а 15 кг составляет внеклеточная жидкость, в которую входят плазма крови, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость, внутриглазная жидкость и жидкое содержимое желудочно-кишечного тракта. У животных и растительных организмов вода составляет обычно более 50%, а в ряде случаев содержание воды достигает 90—95%.
Вследствие своих аномальных свойств вода уникальный растворитель, прекрасно приспособленный для жизнедеятельности.
Прежде всего вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее высокой диэлектрической проницаемостью (78,5).
Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде, включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды, кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов. Ниже приведены примеры водородных связей, важных для растворимости веществ в биологических системах. Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ.
Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.
Необходимо отметить, что вода является конечным продуктом биологического окисления веществ, в частности глюкозы. Образование воды в результате этих процессов сопровождается выделением большого количества энергии приблизительно 29 кДж/моль.
Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.
Для воды характерно наличие ассоциатов групп молекул, соединенных водородными связями.
В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых частиц подразделяются на гидрофильные (притягивающие воду), легко сольватируемые водой, гидрофобные (отталкивающие воду) и дифильные.
К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы: гидроксильная —ОН, амино —NH2 , тиольная —SH, карбоксильная —СООН.
К гидрофобным — неполярные группы, например углеводородные радикалы: СНз—(СН2)п —, С6Н5 —.
К дифильным относят вещества (аминокислоты, белки), молекулы которых содержат как гидрофильные группы (—ОН, —NH2 , —SH, —СООН), так и гидрофобные группы: (СН3, (СН2)п ,—С6Н5—).
При растворении дифильных веществ происходит изменение структуры воды как результат взаимодействия с гидрофобными группами. Степень упорядочения молекул воды, близко расположенных к гидрофобным группам, увеличивается, и контакт молекул воды с гидрофобными группами сводится к минимуму. Гидрофобные группы, ассоциируясь, выталкивают молекулы воды из области своего расположения.
Процесс растворения
Природа процесса растворения сложна. Естественно, возникает вопрос, почему некоторые вещества легко растворяются в одних растворителях и плохо растворимы или практически нерастворимы в других.
Образование растворов всегда связано с теми или иными физическими процессами. Одним из таких процессов является диффузия растворенного вещества и растворителя. Благодаря диффузии частицы (молекулы, ионы) удаляются с поверхности растворяющегося вещества и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Именно поэтому в отсутствие перемешивания скорость растворения зависит от скорости диффузии. Однако нельзя лишь физическими процессами объяснить неодинаковую растворимость веществ в различных растворителях.
Великий русский химик Д. И. Менделеев (1834—1907) считал, что важную роль при растворении играют химические процессы. Он доказал существование гидратов серной кислоты H2SО4*H2O, H2SО4*2H2O, H2SО4*4H2О и некоторых других веществ, например, С2Н5ОН*3Н2О. В этих случаях растворение сопровождается образованием химических связей частиц растворяемого вещества и растворителя. Этот процесс называется сольватацией, в частном случае, когда растворителем является вода, гидратацией.
Как установлено, в зависимости от природы растворенного вещества сольваты (гидраты) могут образовываться в результате физических взаимодействий: иондипольного взаимодействия (например, при растворении веществ с ионной структурой (NaCI и др.); дипольдипольного взаимодействия при растворении веществ с молекулярной структурой (органические вещества)).
Химические взаимодействия осуществляются за счет донорноакцепторных связей. Здесь ионы растворенного вещества являются акцепторами электронов, а растворители (Н2О, NН3) донорами электронов (например, образование аквакомплексов), а также в результате образования водородных связей (например, растворение спирта в воде).
Доказательствами химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем являются тепловые эффекты и изменение окраски, сопровождающие растворение.
Например, при растворении гидроксида калия в воде выделяется теплота:
А при растворении хлорида натрия теплота поглощается:
Теплота, выделяемая или поглощаемая при растворении 1 моля вещества, называется теплотой растворения Qраств
В соответствии с первым началом термодинамики
где ΔНраств изменение энтальпии при растворении данного количества вещества.
Растворение в воде безводного сульфата меди белого цвета приводит к появлению интенсивной голубой окраски. Образование сольватов, изменение окраски, тепловые эффекты, как и ряд других факторов, свидетельствуют об изменении химической природы компонентов раствора при его образовании.
Таким образом, в соответствии с современными представлениями, растворение физико-химический процесс, в котором играют роль как физические, так и химические виды взаимодействия.
Источник
Что такое универсальный растворитель?
универсальный растворитель это вещество способно растворять широкий спектр растворенных веществ или химических веществ. Вещество, которое считается универсальным растворителем, является вода, а затем объясняет, почему в соответствии с его свойствами.
Если мы думаем о лимонаде, необходимы три ингредиента: вода, лимоны и сахар. Добавляя сахар, он легко растворяется в лимонаде, напитке, который использует воду в качестве основы..
Простой пример, как лимонад, служит для демонстрации свойств воды в действии. Вода известна как «универсальный растворитель» по преимуществу.
Однако, хотя вода является самым известным растворителем и одним из самых важных, она не является единственным растворителем, используемым в химической промышленности..
Что такое растворитель?
Растворитель — это просто вещество, которое может растворять другие молекулы и соединения, известные как растворенные вещества. Гомогенная смесь растворителя с растворенным веществом известна как раствор.
Растворитель всегда находится в жидком состоянии, в то время как растворенное вещество может присутствовать в твердом, жидком или газообразном состоянии..
Примерами растворителей являются вода, олово, спирт, молоко. Примерами растворенных веществ являются сахар, соль, уксусная кислота. Примером раствора является солевой раствор, образованный водой и солью.
Растворители являются частью различных применений, таких как фармацевтические препараты, синтетические материалы, краски и клеи.
Почему вода считается универсальным растворителем?
Наше тело работает через химические изменения, которые происходят на клеточном уровне. Точно так же растения и животные страдают химическими изменениями в своих организмах..
Эти изменения происходят в водных растворах или растворах, в которых вода является основным растворителем..
Поскольку вода обладает свойствами полярности (отрицательный и положительный заряд) и способностью образовывать водородные связи, она считается отличным растворителем.
Способность воды растворять большое разнообразие молекул является ключом для этих химических реакций, происходящих в организмах. Отсюда важность воды для жизни на планете..
Благодаря своей способности растворять большое количество растворенных веществ, больше, чем любая другая жидкость, вода известна как «универсальный растворитель». Важно отметить, что не все вещества хорошо растворяются в воде, например, масла.
Молекулы масел не имеют областей заряда ни положительных, ни отрицательных, поэтому они не притягиваются молекулами воды.
Молекулы воды состоят из атомов водорода и кислорода. Водород имеет положительный заряд, а кислород — отрицательный, что позволяет молекулам воды притягиваться ко многим различным типам молекул и, следовательно, способно растворять их.
Есть и другие свойства воды, такие как поверхностное натяжение, ее уникальная плотность и температура, которые позволяют воде быть отличным растворителем..
Вода существует в трех возможных формах, таких как газ, жидкость или твердое вещество, что обычно не встречается в других растворителях.
Источник
Chemistry48.Ru
Сайт учителя химии и биологии МБОУ СОШ №2 с.Казаки Елецкого р-на Липецкой обл. Радиной М.В.
Ответы 10 класс «Хим.состав»
Какое свойство воды делает ее универсальным растворителем для полярных веществ?
Молекула воды представляет собой диполь, ее кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а каждый из атомов водорода — положительный. Частично отрицательный атом кислорода притягивается частично положительными атомами водорода. Поэтому молекулы воды связаны между собой нестойкими водородными связями. Благодаря этому вода является универсальным растворителем для веществ, имеющих полярные молекулы. Она образует водородные связи с молекулами веществ.
Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.
1. Нуклеиновые кислоты — это биологические полимеры.
2. В клетке присутствуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.
3. Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов.
4. В состав ДНК и РНК входят одинаковые нуклеотиды.
5. Все нуклеиновые кислоты в клетке образуют двойные спирали.
1) 4 — в состав ДНК входят дезоксирибонуклеотиды, а в состав РНК — рибонуклеотиды, кроме того нуклеотиды ДНК содержат азотистое основание тимин, а в РНК он отсутствует и заменен урацилом;
2) 5 — двойная спираль характерна для ДНК, а РНК — это одноцепочечная молекула.
Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий фермент pибонуклеазу, если он состоит из 16 аминокислот?
1)1генетический код триплетен, каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидными остатками;
2)1следовательно, ген, кодирующий рибонуклеазу, содержит 16 ∙ 3 = 48 нуклеотидных остатка.
Какова роль белков в организме?
Белки выполняют в организме следующие функции:
• строительную (в составе хрящей, сухожилий, волос, ногтей и т.д.);
• сократительную (актин и миозин мышечных волокон);
Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, и объясните их.
1.Вода — одно из самых распространенных органических веществ на Земле.
2.В клетках костной ткани около 20% воды, а в клетках мозга 85%.
3.Свойства воды определяются структурой ее молекул.
4.Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения.
5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.
Ошибки допущены в предложениях 1, 2, 4, 5.
1 — вода — неорганическое вещество; 2 — в клетках костной ткани около 20% воды, а в клетках мозга-85%; 4 — ковалентные связи; полярные соединения; 5 — слабая водородная связь.
1. Вода — одно из самых распространенных органических веществ на Земле.
2. В клетках костной ткани до 85% воды, а в клетках мозга человека — до 50%.
3. Свойства воды определяются структурой ее молекул.
4. Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения.
5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.
Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны. Объясните их.
1.Все присутствующие в организме белки — ферменты.
2.Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реакций.
3.Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует.
4.Активность ферментов не зависит от таких факторов, как температура, рН среды, и других факторов.
Ошибки допущены в предложениях 1, 2, 4.
1 — не все белки — ферменты; 2 — ферменты специфичны; 4 — актив¬ность ферментов зависит от этих и других факторов.
1.Все присутствующие в организме белки — ферменты.
2. Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реакций.
3. Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует.
4. Активность ферментов не зависит от таких факторов, как температура, рН среды, и других факторов.
Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки. Объясните их.
1.Улеводы представляют собой соединения углерода и водорода.
2.Различают три основных класса углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды.
3.Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.
4.Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.
5.При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии.
Ошибки допущены в предложениях 1, 3, 5.
1 — углерода и воды; 3 — дисахариды; 5 — 17,6 кДж.
1. Углеводы представляют собой соединения углерода и водорода.
2. Различают три основных класса углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды.
3. Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.
4. Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.
5. При расщеплении 1 г. Глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии.
За счет каких химических связей поддерживается вторичная структура белка?
За счет водородных связей.
Почему некоторые аминокислоты называются незаменимыми?
Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организмах животных и человека, они должны поступать с растительной пищей и не могут быть заменены другими питательными веществами.
На какие три группы принято делить химические Элементы, входящие в состав живых организмов, по их относительному содержанию?
В чем состоит отличие ферментов от катализаторов неорганической природы?
1) один фермент катализирует только один тип реакций;
2) активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками;
3) ферменты активны при определенных значениях рН.
В чем отличия ДНК и РНК?
1) ДНК содержат дезоксирибозу, РНК — рибозу;
2) ДНК содержат тимин, РНК — урацил;
3) ДНК содержат две цепи, РНК, как правило, имеют лишь одну цепь;
Источник
