Miksi ihmiset sanovat, että vesi on välttämätöntä elämälle? Miksi emme ole koskaan löytäneet yhtään elävää organismia, joka voisi kukoistaa täysin kuivassa ympäristössä? Kuinka jotain hajutonta, väritöntä, mautonta ja suhteellisen reagoimatonta muodostaa 60% kehomme massasta? Miksi toista nestettä ei voitu käyttää? Miksi vettä?
Vedellä on useita ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ainutlaatuisen yhdisteiden joukossa ja mahdollistavat kaikkien tunnettujen elämänmuotojen toiminnan.
Se on ainoa luonnollinen aine, jota esiintyy kaikissa kolmessa fysikaalisessa tilassa luonnollisissa lämpötiloissa. maapallolla.
Tämä tarkoittaa, että näemme veden nesteenä, jokissa ja merissä, kiinteänä aineena, lumena ja jäänä ja kaasuna, pilvinä tai höyrynä. Jos näin ei olisi, veden kierto olisi täysin erilainen (entä jos vesi ei haihdu auringossa?); Lunta ja jäätä ei ehkä ole (ja tuhannet lajit olisivat nyt kodittomia) ja sää olisi hyvin erilainen ( sattuisiko silti sataa?). Voitteko ajatella muuta, mikä olisi erilaista? Luuletko, että voisimme silti elää, jos vesi olisi vain nestettä lämpötiloissa, jotka esiintyvät luonnollisesti maapallolla? Entä vain kaasu / kiinteä aine?
Jää on vähemmän tiheää kuin vesi
Tämä tarkoittaa vain sitä, että jää kelluu vedellä ja järvet jäätyvät ylhäältä alas pohjaan.Tämä on selvästi tärkeää jäällä eläville eläimille, koska niiden elinympäristöt vähenevät huomattavasti tai niitä ei ole ollenkaan Vastaavasti kalat ja muut lampiympäristöt kärsivät, jos järvet ja lammet jäätyvät alhaalta ylöspäin – lammen yläosassa oleva jäädytetyn veden kerros eristää jonkin verran ja estää muun veden jäähtymisen Se tekee tämän tekemällä esteen kylmän välille ilmaa ja alla olevaa vettä. Tämä tarkoittaa sitä, että suuret vesimuodostumat eivät kylmene syvemmälle niin nopeasti kuin voisivat, jos jää upposi ja auttaisi villieläimiä selviytymään lammikoissa talvella. Itse asiassa vesi tiheytyy, kun sitä jäähdytetään, kunnes se saavuttaa $ 4 ^ \ circ $ C (joka näkyy thegraph-kuvassa), minkä jälkeen se muuttuu jälleen vähemmän tiheäksi. Useimmat aineet tiheytyvät asteittain jäähdytettäessä. Alla olevassa kaaviossa näkyy, kuinka veden tiheys muuttuu lämpötilan mukaan.

Veden sulamis- ja kiehumispiste on erittäin korkea verrattuna muihin vastaaviin molekyyleihin
Tämä tarkoittaa sitä, että sitä pidetään kiinteänä aineena, nesteenä ja kaasuna maapallolla. Jos vesi ei ollut neste suurimmalla osalla lämpötiloista, joita näemme maapallolla, kaikki meret olisivat jäätä, ei olisi sateita, kasveille ei olisi mitään kerättävää ja eläimiä juotavaa. Jopa solumme ovat täynnä nestemäistä vettä, mikä ei myöskään olisi mahdollista. br> Sitä kutsutaan ”yleiseksi liuottimeksi”, koska se kykenee liuottamaan niin monta ainetta.

Kehomme vesi i Sitä on enimmäkseen soluissamme, missä se antaa niille selkeän muodon sekä siihen liuennut miljardeja hyödyllisiä molekyylejä. Solumme on täytettävä vedellä toimiakseen kunnolla, koska niiden sisällä olevat entsyymit toimivat vain liuoksessa. Vesi on myös tapa, jolla kuljetus tapahtuu kehossamme ”veri on enimmäkseen vettä ja siinä on liuenneita hormoneja ja kaasuja init sekä toksiineja, kuten ureaa, jotka poistuvat kehosta vielä enemmän vettä. Kuljetus vedessä tapahtuu myös paljon pienempi mittakaava: kun jokin on liuennut, se voi liikkua liuottimessa.Esimerkiksi jos entsyymi tarvitsee aktivoitua kalsiumioneja ja alkaa toimia, se täyttää nämä, kun ne liikkuvat solun sisällä olevassa liuoksessa. kalsiumia solussa, sitä todennäköisemmin entsyymi kohtaa ionin nopeammin. Olet ehkä oppinut myös diffuusiosta ja osmoosista, jotka ovat keskeisiä käsitteitä solujen toiminnan ja veden läsnäolon ymmärtämisessä. lämpökapasiteetti.
Vaikka tämä ajatus kuulostaa hieman pelottavalta, se on itse asiassa hyvin yksinkertainen – kaikki tarkoittaa sitä, että veden lämmittäminen hiukan lämpimämmäksi vaatii paljon energiaa.Siksi hiekka rannalla kuumana päivänä voi olla liian kuuma kävellä päällä, mutta meri tuntuu silti viileältä; auringon energia riittää lämmittämään hiekkaa paljon, mutta vettä vain vähän. Tällä on joitain erittäin merkittäviä vaikutuksia etenkin vedessä eläville organismeille. Merillä, järvillä ja jokilla on paljon tasaisempi lämpötila kuin ilman, mikä tarkoittaa, että eläimet voivat elää vedessä ympäri vuoden joutumatta sopeutumaan suuriin lämpötilan muutoksiin (Mitä luulet tapahtuvan, jos vesi jäähtyy helpommin? Mitä ongelmia tämä voi aiheuttaa aiheuttaa pienessä lampessa eläville organismeille?). Tämä tarkoittaa myös sitä, että kehon lämpötilaa on kohtuullisen vaikea muuttaa nopeasti ja se tekee aivojemme tehtävän ylläpitää vakiona olevaa ruumiinlämpöä paljon helpommin (Mitä voi tapahtua, jos kehomme lämpötila muuttuu nopeasti ja helposti?).
Pintajännitys
Olet ehkä huomannut, että jos laitat neulan vesikulhon pinnalle, se kelluu, mutta jos heität sen siihen, uppoaa.Tämä johtuu siitä, että neula on vettä tiheämpi, joten se haluaa uppoaa, mutta veden pintajännitys pitää sitä kiinni. Pintajännitys on ominaisuus, joka tarkoittaa, että veden pinta ei halua murtua – se on ”tahmea”. Voit myös nähdä tämän, kun täytät kupin loppuun asti, koska veden pinta pysyy yhdessä ja vastustaa vuotamista. Veden suuri pintajännitys on syy siihen, että jotkut kärpäset voivat laskeutua sen pinnalle uppoamatta. Tämä käsite liittyy myös hyvin läheisesti toiseen, kapillaaritoiminnan ajatukseen.

Kapillaaritoiminto
Samoin kuin pintajännitys, tämä pyörii ajatukseen siitä, että vesimolekyylit ”tarttuvat” yhteen. Jos laitat erittäin hienon putken dekantterilasiin, huomaat, että osa vedestä kulkee lyhyen matkan ylös putkeen; tätä kutsutaan kapillaaritoiminnaksi ja se johtuu veden tarttumisesta putken sivuihin ja muihin vesimolekyyleihin vetämällä niitä putkeen ylöspäin. Lopulta vedettävän veden paino on liian suuri tuettavaksi ja vesi lopettaa liikkumisen saavutettuaan tasapainon. Sama periaate sallii kasvien vetää vettä maasta; kun vesimolekyylit kulkevat varren yli, enemmän vesimolekyylejä tarttuu niihin ja enemmän kiinni niihin ja niin edelleen, kunnes vesipatsaaa kuljetetaan ksyleemissä (saadaksesi lisätietoja tästä, etsi ”transpiration”).
Mutta miksi?
Kaikki nämä veden ominaisuudet ovat kriittisiä elämälle, koska tunnemme sen, mutta miksi vedellä on niitä? Eikö mikään muu aine tee myös näitä asioita? Mitä vesi tekee siitä erilainen? Jotta ymmärtäisit vastaukset näihin kysymyksiin, sinun on tutkittava veden molekyylirakennetta. Veden kemiallinen kaava on H2O, mikä tarkoittaa, että se sisältää kaksi vetyatomia, jotka ovat sitoutuneet kovalenttisesti yksihappiatomiin, kuten tämä:

95.84pm osoittaa vedyn pituuden sidos hapen ja vedyn välillä; yksi pm on lyhyt pikometrille, joka on biljoonas metri. Esitetty kulma on kahden vetyydin välinen terävä kulma (onko sinulla ideoita siitä, miksi se ei ole ”t $ 180 ^ \ circ $? Miksi sen pitäisi olla $ 180 ^ \ circ $?”) Tämä kaavio kuvaa sidoksia viivoina, jotka saa sen näyttämään siltä, että ne ovat samat kaikissa pisteissä? näin ei ole. Koska happi on enemmän elektronegatiivista kuin vety, se houkuttelee OH-sidoksessa olevia elektroneja itseensä nähden. Jos viivan paksuus edustaa elektronitiheyttä (elektronien aika käyttää sidoksen siinä osassa), OH-sidos näyttää oikeastaan tältä:
KUVA osoittaa sidoksen polarisaation
Kuten näette, elektronit viettävät suurimman osan ajastaan lähempänä happiytintä. Tämä tarkoittaa, että happi on hieman negatiivisesti varattu ja että vedyt ovat hieman positiivisesti varautuneita. Tätä kutsutaan napaisuudeksi ja se on veden ominaisuuksien keskeinen käsite

Tämä tarkoittaa, että n: n välillä voi esiintyä heikkoja ionisia vuorovaikutuksia Kahdeksansuuntaiset vesimolekyylit, kun yhden molekyylin hieman positiivinen vety houkuttelee toisen negatiivisesti happea. Näitä kutsutaan vetysidoksiksi.

Siksi vesi ”tarttuu” itseensä antaen sille suuren pintajännityksen ja kyvyn liikkua kapillaaritoiminnalla.
Vetysidosten hajottamiseen tarvitaan paljon energiaa, minkä vuoksi veden sulamis- ja kiehumispisteet ovat korkeat ja miksi sillä on suuri ominaislämpökapasiteetti
Aine liukenee veteen, jos se on polaarista tai ioninen. Tämä johtuu siitä, että se liukenee muodostamalla vetysidoksia veden kanssa. Öljy ei ole napa, minkä vuoksi se ei liukene. Suola, NaCl, liukenee, koska se on ioninen. Voitteko ajatella joitain muita veteen liukenevia aineita? Kuinka ne muodostavat vetysidoksia sen kanssa? Voitteko piirtää samanlaisen kuvan kuin alla, mikä osoittaa miksi glukoosi on liukoinen? Onko se enemmän tai vähemmän vesiliukoinen kuin suola? Miksi luulet tämän olevan?
Kaavio siitä, mitä NaCl: lle tapahtuu liuoksessa: