Вода. Роль воды в жизни организмов. Охрана вод
ВВЕДЕНИЕ
Вода в нашей жизни
- самое обычное и самое
- Вода
Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).
Вода, содержащая значительное
количество солей кальция и магния,
называется жесткой в отличие
от мягкой воды, например дождевой. Жесткая
вода дает мало пены с мылом, а на
стенках котлов образует накипь.
Чтобы освободить природную воду от взвешенных
в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой
пористого вещества, например, угля, обожженной
глины и т. п. При фильтровании больших
количеств воды пользуются фильтрами
из песка и гравия. Фильтры задерживают
также большую часть бактерий. Кроме того,
для обеззараживания питьевой воды ее
хлорируют; для полной стерилизации воды
требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.
Фильтрованием можно удалить из воды только
нерастворимые п римеси. Растворенные
вещества удаляют из нее путем перегонки
(ди с тилляции) или ионного обмена. Вода
имеет очень большое значение в жизни
растений, животных и человека. Согласно
современным представлениям, само происхождение
жизни связывается с морем. Во всяком организме
вода представляет собой среду, в которой
протекают химические процессы, обеспечивающие
жизнедеятельность организма; кроме того,
она сама принимает участие в целом ряде
биохимических реакций.
1.2 Распространение
воды на планете Земля
Почти ¾ поверхности нашей планеты
занято океанами и морями. Твёрдой водой
– снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из
общего количества воды на Земле, равного
1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1
млрд. 338 млн. кубических километров приходится
на долю солёных вод Мирового океана, и
только 35 млн. кубических километров приходится
на долю пресных вод. Всего количества
океанической воды хватило бы на то, чтобы
покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров.
На каждого жителя Земли приблизительно
приходится 0,33 кубических километров
морской воды и 0,008 кубических километров
пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая
часть пресной воды на Земле находится
в таком состоянии, которое делает её труднодоступной
для человека. Почти 70% пресных вод заключено
в ледниковых покровах полярных стран
и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях
под землёй, а в руслах всех рек содержатся
одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.
Молекулы воды обнаружены в межзвёздном
пространстве. Вода входит в состав комет,
большинства планет солнечной системы
и их спутников.
- Изотопный состав воды
Атомы водорода и кислорода,
образующие воду, или окись водорода,
могут иметь различные массовые
числа и отличаться друг от друга
своими физико-химическими свойствами,
но при этом они имеют одинаковый
электрический заряд атомных
ядер и поэтому занимают в периодической
системе элементов одно и то же
место. Такие разновидности атомов
одного и того же химического элемента
называются изотопами. Известны пять водородов
и пять кислородов. Правда, по два
из них (4H, 5H, 14O и 15O) радиоактивны и очень
короткоживущи. Например, длительность
существования водорода –4—4*10-11 сек. Наиболее
широко известны следующие изотопы водорода:
протий 1H( с относительной атомной массой
1), дейтерий 2H, или D ( c относительной атомной
массой 2) и тритий 3H, или T ( c относительной
атомной массой 3), наиболее тяжелый, но
слаборадиоактивный водород ( его период
полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода:
16O, 17O и 18O. Эти шесть изотопов могут образовывать
18 изотопических разновидностей воды:
1Н216О; 1НD16О; D216О ; 1НT16О; DT16О; T2О16; 1Н217О; 1НD17О;
D217О; 1НT17О; DT17О; T217О; 1Н218О; 1НD18О; D218О; 1НT18О;
DT18О; T218О.
На Земле на 6800 атомов протия приходится
один атом дейтерия, а в межзвездочном
пространстве один атом дейтерия приходится
уже на 200 атомов протия.
- Строение молекулы воды
Молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О). Все многообразие свойств воды и необычность их проявления в конечном счете определяются физической природой этих атомов и способом их объединения в молекулу. В отдельной молекуле воды ядра водорода и кислорода расположены так относительно друг друга, что образуют как бы равнобедренный треугольник со сравнительно крупным ядром кислорода на вершине и двумя мелкими ядрами водорода у основания. В молекуле воды имеются четыре полюса зарядов: два отрицательных за счет избытка электронной плотности у кислородных пар электронов и два положительных - вследствие недостатка электронной плотности у ядер водорода - протонов. Такая ассиметричность распределения электрических зарядов воды обладает ярко выраженными полярными свойствами; она является диполем с высоким дипольным моментом -1,87 дебай
Благодаря этому молекулы воды стремятся нейтрализовать электрическое поле. Под воздействием диполей воды на поверхности погруженных в нее веществ межатомные и межмолекулярные силы ослабевают в 80 раз. Столь высокая диэлектическая проницаемость из всех известных веществ присуща только воде. Этим объясняется ее способность быть универсальным растворителем.
Помогая" контактирующим
с ней молекулам разлагаться
на ионы (например, солям кислот), сама
вода проявляет большую
Вода химически не изменяется под действиям большинства тех соединений, которые она растворяет, и не изменяет их. Это характеризует ее инертным растворителем, что важно для живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно устойчивом виде. Как растворитель вода многократно используется, неся в своей структуре память о ранее растворенных в ней веществах. Молекулы в объеме воды сближаются противоположными зарядами, возникают межмолекулярные водородные связи между ядрами водорода и неподеленными электронами кислорода, насыщая электронную недостаточность водорода одной молекулы воды и фиксируя его по отношению к кислороду другой молекулы. Тетраэдрическая направленность водородного облака позволяет образовать четыре водородные связи для каждой водной молекулы, которая благодаря этому может ассоциировать с четырьмя соседними. В такой модели углы между каждой парой линий, соединяющих центр (атом О) с вершинами, равны 109,5 С.
Водородные связи в несколько раз слабее ковалентных связей, объединяющих атомы кислорода и водорода. Микромолекулярная структура воды с большим количеством полостей позволяет ей, разрывая водородные связи, присоединять молекулы или части молекул других веществ, способствуя их растворению.
Сравнивая воду - гидрид кислорода с гидридами элементов, входящих в одну с кислородом подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева, следовало бы ожидать, что вода должна кипеть при - 70 оС, а замерзать при - 90 оС. Но в обычных условиях вода замерзает при Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность ее сказывается и на очень высокой теплоте парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, нагретой до 100 оС, требуется в шестеро больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 80 оС. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. По сравнению с другими веществами, она способна воспринимать гораздо больше тепла, существенно не нагреваясь. Вода выступает как бы регулятором температуры, сглаживая благодаря своей большой теплоемкости резкие температурные колебания. В интервале от 0 до 37 оС теплоемкость ее падает и только после 37 оС начинает повышаться. Минимум теплоемкости воды соответствует температуре 36 - 39 оС - нормальной температуре человеческого тела. Благодаря этому возможна жизнь теплокровных животных, в том числе и человека. 0 оС и закипает при 100 оС.
- Физические свойства воды, их аномальность
Чистая вода представляет
собой бесцветную без вкуса запаха
прозрачную жидкость. Плотность воды
при переходе ее из твердого состояния
в жидкое не уменьшается, как почти
у всех других веществ, а возрастает.
Как хорошо известно, вода принята за образец
меры – эталон для всех других веществ.
Казалось бы, за эталон для физических
констант следовало бы выбрать такое вещество,
которое ведет себя самым нормальным,
обычным образом. А получилось как раз
наоборот.
И первое, самое поразительное,
свойство воды заключается в том,
что вода принадлежит к единственному
веществу на нашей планете, которое
в обычных условиях температуры
и давления может находиться в
трех фазах, или трех агрегатных состояниях:
в твердом (лед), жидком и газообразном
(невидимый глазу пар).
- Роль воды в жизни организмов
2.1 Экологическая роль воды
Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций (см. гл. 1). Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее из-за потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.
Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеснечение наземных организмов зависят прежде всего от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т. п. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).
При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В гумидпых (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.
Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Условия водоснабжения существенно влияют на их внешний облик и внутреннюю структуру.
Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты — травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.
Характерные структурные черты гигрофитов — тонкие листовые пластинки с небольшим числом широко открытых устьиц, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы (ксилемы), тонкие слаборазветвлен-ные корни, часто без корневых волосков. К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как следсгвие, высокую интенсивность транснирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю лисга. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.
Ксерофиты -— растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.
Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами: 1) эффективным добыванием (всасыванием) воды, 2) экономным ее расходованием, 3) способностью переносить большие потери воды.
Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300—400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10—15 м, а у саксаула черного — 30—40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.
Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.
К физиологическим адаптациям
относится и высокая водо-
Ксерофиты с наиболее ярко
выраженными ксероморфными
К группе ксерофитов относятся и суккуленты —- растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами. В результате транспирация у суккулентов чрезвычайно мала: в пустынях кактусы из рода Camegia транспирируют в сутки всего лишь I —3 мг воды на 1 г сырой массы.
Корневая система
Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.
Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.
Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.
2.2 Адаптация животных к водному режиму
Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.
К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.
К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.
Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы: 1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны); 2) способность к экономии влаги в пищеварительном тракте за счет всасывания воды стенками кишечника, а также образования высококонцентрированной мочи (овцы, тушканчики); 3) развитие выносливости к обезвоживанию организма благодаря особенностям кровеносной системы, эффективной терморегуляции потоотделением и отдачей воды со слизистых оболочек ротовой полости (верблюды, овцы, собаки).
Вместе с тем даже пойкилотермные животные не могут избежать потерь воды, связанных с испарением, поэтому основной путь сохранения водного баланса при жизни в пустыне — это избегание излишних тепловых нагрузок
- Охрана водных ресурсов
Существует два широко
распространенных способа сбережения
водных ресурсов: сохранение существующих
запасов пригодной к
Однако каждый из этих способов сбережения водных ресурсов оказывает то или иное воздействие на окружающую среду. Например, плотины портят естественную красоту незарегулированных рек и препятствуют аккумуляции на поймах плодородных илистых наносов. Предотвращение потерь воды в результате фильтрации в каналах может нарушить водообеспечение болот и тем самым неблагоприятно отразиться на состоянии их экосистем. Это может также препятствовать пополнению запасов грунтовых вод, влияя таким образом на водоснабжение других потребителей. А для уменьшения объема испарения и транспирации сельскохозяйственными культурами необходимо сокращать посевные площади. Последняя мера оправдана в районах, страдающих от нехватки воды, где при этом проводится режим экономии за счет сокращения расходов на ирригацию из-за высокой стоимости энергии, необходимой для подачи воды.
3.1 Водоснабжение
Сами источники водоснабжения и водохранилища имеют значение лишь когда вода доставляется в достаточном объеме к потребителям – в жилые дома и учреждения, к пожарным гидрантам (устройствам для отбора воды на пожарные нужды) и другим объектам коммунального хозяйства, на промышленные и сельскохозяйственные объекты. Современные системы фильтрации, очистки и распределения воды не только удобны, но и способствуют предотвращению распространения таких передающихся через воду болезней, как тиф и дизентерия. Типичная городская система водоснабжения включает забор воды из реки, пропуск ее через грубый фильтр для устранения основной массы загрязнителей, а затем через измерительный пост, где фиксируются ее объем и скорость течения. После этого вода поступает в водонапорную башню, откуда пропускается через аэрационную установку (где происходит окисление примесей), микрофильтр для удаления ила и глины и песчаный фильтр для удаления оставшихся примесей. Хлор, убивающий микроорганизмы, добавляется в воду в магистральной трубе перед поступлением в смеситель. В конечном итоге перед отправкой в распределительную сеть потребителям очищенная вода закачивается в накопительный резервуар.
Трубы на центральной водопроводной
станции обычно чугунные, большого
диаметра, который постепенно, по мере
разветвления распределительной сети,
уменьшается. От уличных водопроводных
магистралей с трубами
Орошение в сельском хозяйстве.
Поскольку орошение требует огромных
расходов воды, системы водоснабжения
сельскохозяйственных районов должны
иметь большую пропускную способность,
особенно в аридных условиях. Вода
из водохранилища направляется в
облицованный, а чаще необлицованный
магистральный канал и затем
по ответвлениям в распределительные
ирригационные каналы разного порядка
на фермы. На поля вода выпускается
разливом или по оросительным бороздам.
Заключение
Все исследования и наблюдения
свидетельствуют: нет воды - нет жизни.
Роль воды колоссальна для всего
живого. Даже страшновато поразмыслить
над тем, что было бы, не будь на Земле
морей и океанов, озер и рек, ручьёв
и болот. Жизнь никогда не зародилась
бы на мертвой планете. Не будь воды,
мы бы не знали ее строения, ее свойств,
ее ценности и особенностей. Не узнали
бы мы и что такое жизнь. Да и
нас самих тогда бы и не было
вовсе. Берегите воду! Её не заменишь никакими
сокровищами мира.
Список литературы
- Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.
- Глинка Н.Л., Общая химия. Ленинград, 1984г.
- Дерпгольц В. Ф. Вода во вселенной. - Л.: "Недра", 1971.
- Крестов Г. А. От кристалла к раствору. - Л.: Химия, 1977.
- Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. - М., 1995г.

- Вода – самое необыкновенное вещество
- Вода – самое удивительное вещество на Земле
- Вода – самое удивительное вещество на Земле
- Вода – самое удивительное вещество на Земле Исполнитель
- Вода с научной точки зрения
- Вода. Химическая природа
- Вода – это жизнь
- Вода.Особливості молекули води. Роль води в життєдіяльності організмів.
- Вода очищенная
- Вода очищенная
- Вода очищенная
- Вода очищенная как экстрагент и растворитель. Характеристика. Аппаратура. Хранение
- Вода под землей
- Вода. Растворы. Электролитическая диссоциация