Одним из важнейших механизмов транспорта веществ в листьях и других органах растения является осмос. Осмос – это переход молекул растворителя (например, воды) из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану. Этот процесс похож на обычную диффузию, но протекает быстрее. Численно осмос характеризуется осмотическим давлением – давлением, которое нужно приложить, чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор. В растениях роль таких полупроницаемых мембран играют плазматическая мембрана и тонопласт (мембрана, окружающая вакуоль). Если клетка контактирует с гипертоническим раствором (то есть раствором, в котором концентрация воды меньше, чем в самой клетке), то вода начинает выходить из клетки наружу. Этот процесс называется плазмолизом.
Рассмотрим, например, человека и проведём ассоциацию с контейнером, наполненным водой. Это сравнение не совсем точное, но близкое, поскольку человеческий организм на 60—70% состоит из воды. Это же утверждение справедливо не только для людей. Большинство животных и даже самых крошечных бактерий в основном состоят из воды
1
1
start superscript, 1, end superscript. Вода — основа жизни на нашей планете. Это может показаться драматичным, но это так, а правдивая драма делает жизнь интереснее! Внутриклеточные реакции и метаболизм большинства организмов протекают во внутриклеточной жидкости, — в цитозоли.
Вода — не просто самое распространённое вещество в живых организмах, она также обладает рядом необычных химических свойств, позволяющих ей поддерживать жизнь на Земле. Эти свойства играют важную роль в биологических процессах на разных уровнях: от клеток до организмов и целых экосистем. Вы можете узнать больше о свойствах воды в следующих статьях:
Вода как растворитель: Узнайте, как и почему вода растворяет полярные и имеющие заряд молекулы.
Когезия и адгезия воды: Молекулы воды имеют свойство соединяться друг с другом (когезия) и другим молекулам (адгезия).
Теплоёмкость, теплота парообразования и плотность воды: Вода обладает высокой теплоемкостью и теплотой парообразования, а лёд – вода в твердом состоянии – обладает меньшей плотностью, чем вода в жидком состоянии.
Уникальные свойства воды обусловливаются полярностью её молекул, и в частности образовывать водородные связи как друг с другом, так и с другими молекулами. Ниже мы рассмотрим водородную связь более подробно.
Полярность молекул воды
Чтобы понять особенности химического поведения воды, нужно посмотреть, как устроена её молекулярная структура. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Её изогнутая форма объясняется наличием у атома кислорода, помимо связей с атомами водорода, ещё и двух свободных пар электронов. Эти электронные пары, как свободные, так и участвующие в связи, отталкиваются друг от друга.
Наиболее устойчивая форма та, в которой атомы отдалены друг от друга: это тетраэдр, в котором
O
−
H
O−Hstart text, O, end text, minus, start text, H, end text образуют две из четырех «ножек»-связей. Свободные пары электронов «отталкиваются» сильнее, чем электроны, образующие связи, поэтому угол между связями
O
−
H
O−Hstart text, O, end text, minus, start text, H, end text немного меньше 109° идеального тетраэдра, около 104,5°.
2
2
squared
Поскольку кислород более электроотрицательный, более «жадным» до электронов, чем водород, атом
O
Ostart text, O, end text притягивает электроны и удерживает их вдали от атомов
H
Hstart text, H, end text. Поэтому на кислороде образуется частичный отрицательный заряд, в то время как со стороны атомов водорода – частичный положительный заряд. Вода классифицируется как полярная молекула из-за ее ковалентных полярных связей и изогнутой формы
2
,
3
2,3
start superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Водородная связь между молекулами воды
Благодаря своей полярной природе молекулы воды хорошо притягиваются друг к другу. Положительно заряженный конец одной молекулы – атом водорода – притягивается к отрицательно заряженному концу другой молекулы – к атому кислорода.
Такое притяжение называется водородной связью — это слабое взаимодействие между частично положительно заряженным водородом и другим более электроотрицательным атомом, например, кислородом. Атомы водорода, участвующие в водородной связи, притягиваются к таким электроотрицательным атомам как
Одним из важнейших механизмов транспорта веществ в листьях и других органах растения является осмос. Осмос – это переход молекул растворителя (например, воды) из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану. Этот процесс похож на обычную диффузию, но протекает быстрее. Численно осмос характеризуется осмотическим давлением – давлением, которое нужно приложить, чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор. В растениях роль таких полупроницаемых мембран играют плазматическая мембрана и тонопласт (мембрана, окружающая вакуоль). Если клетка контактирует с гипертоническим раствором (то есть раствором, в котором концентрация воды меньше, чем в самой клетке), то вода начинает выходить из клетки наружу. Этот процесс называется плазмолизом.
Объяснение:
Введение в свойства воды
Рассмотрим, например, человека и проведём ассоциацию с контейнером, наполненным водой. Это сравнение не совсем точное, но близкое, поскольку человеческий организм на 60—70% состоит из воды. Это же утверждение справедливо не только для людей. Большинство животных и даже самых крошечных бактерий в основном состоят из воды
1
1
start superscript, 1, end superscript. Вода — основа жизни на нашей планете. Это может показаться драматичным, но это так, а правдивая драма делает жизнь интереснее! Внутриклеточные реакции и метаболизм большинства организмов протекают во внутриклеточной жидкости, — в цитозоли.
Вода — не просто самое распространённое вещество в живых организмах, она также обладает рядом необычных химических свойств, позволяющих ей поддерживать жизнь на Земле. Эти свойства играют важную роль в биологических процессах на разных уровнях: от клеток до организмов и целых экосистем. Вы можете узнать больше о свойствах воды в следующих статьях:
Вода как растворитель: Узнайте, как и почему вода растворяет полярные и имеющие заряд молекулы.
Когезия и адгезия воды: Молекулы воды имеют свойство соединяться друг с другом (когезия) и другим молекулам (адгезия).
Теплоёмкость, теплота парообразования и плотность воды: Вода обладает высокой теплоемкостью и теплотой парообразования, а лёд – вода в твердом состоянии – обладает меньшей плотностью, чем вода в жидком состоянии.
Уникальные свойства воды обусловливаются полярностью её молекул, и в частности образовывать водородные связи как друг с другом, так и с другими молекулами. Ниже мы рассмотрим водородную связь более подробно.
Полярность молекул воды
Чтобы понять особенности химического поведения воды, нужно посмотреть, как устроена её молекулярная структура. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Её изогнутая форма объясняется наличием у атома кислорода, помимо связей с атомами водорода, ещё и двух свободных пар электронов. Эти электронные пары, как свободные, так и участвующие в связи, отталкиваются друг от друга.
Наиболее устойчивая форма та, в которой атомы отдалены друг от друга: это тетраэдр, в котором
O
−
H
O−Hstart text, O, end text, minus, start text, H, end text образуют две из четырех «ножек»-связей. Свободные пары электронов «отталкиваются» сильнее, чем электроны, образующие связи, поэтому угол между связями
O
−
H
O−Hstart text, O, end text, minus, start text, H, end text немного меньше 109° идеального тетраэдра, около 104,5°.
2
2
squared
Поскольку кислород более электроотрицательный, более «жадным» до электронов, чем водород, атом
O
Ostart text, O, end text притягивает электроны и удерживает их вдали от атомов
H
Hstart text, H, end text. Поэтому на кислороде образуется частичный отрицательный заряд, в то время как со стороны атомов водорода – частичный положительный заряд. Вода классифицируется как полярная молекула из-за ее ковалентных полярных связей и изогнутой формы
2
,
3
2,3
start superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Водородная связь между молекулами воды
Благодаря своей полярной природе молекулы воды хорошо притягиваются друг к другу. Положительно заряженный конец одной молекулы – атом водорода – притягивается к отрицательно заряженному концу другой молекулы – к атому кислорода.
Такое притяжение называется водородной связью — это слабое взаимодействие между частично положительно заряженным водородом и другим более электроотрицательным атомом, например, кислородом. Атомы водорода, участвующие в водородной связи, притягиваются к таким электроотрицательным атомам как
O