Химия клетки. 4 эмерджентных свойств воды.
Эмерджентность- это явление, когда в системе возникают новые свойства или поведение, не характерные для отдельных ее компонентов.
В биологии эмерджентность объясняет, как сложные экосистемы и организмы могут проявлять свойства, которые недоступны для их отдельных компонентов.
Пример:
- Органы в составе организма не способны размножаться, но в совокупности из органов образуется организм, который способен к размножению.
- Отдельный организм не способен к эволюции, но популяция из множества организмов приобретает это свойство.
- "Жизнь"-эмерджентное свойство: отдельные молекулы не обладают свойствами жизни, но их структурированная совокупность под названием "клетка" уже обладает этими свойствами.
4 эмерджентных свойств воды обеспечивает существование жизни на Земле.
1 эмерджентное свойство - когезия и адгезия.
Когезионное взаимодействие между молекулами воды.
а). Когезия - сцепление молекул (атомов, ионов) физического тела под воздействием сил притяжения, сил межмолекулярного воздействия, водородной и (или) химической связи.
Пример:- когезия вынуждает воду формировать капли, когда она падает на поверхность, а не растекается плоско;
- благодаря когезии, вода с растворенными в ней питательными веществами может двигаться по проводящим тканям растений в направлении противоположном действию силы тяжести- из корней подниматься в листья.
- Когда молекулы воды испаряются с поверхности листьев, водородные связи "вытягивают" наверх все новые молекулы, расположенные ниже.
Таким образом, по всей высоте, вплоть до корней, водопроводящие сосуды растений испытывают натяжение.
С когезией связана такая характеристика, как поверхностное натяжение.
Этим понятием обозначают меру того, насколько сложно разорвать или растянуть поверхность жидкости. Молекулы воды на границе жидкость-воздух упорядочены и связаны водородными связями с нижележащими молекулами. Это даёт воде необычно высокое поверхностное натяжение и создаёт иллюзию того, что поверхность воды покрыта прочной невидимой плёнкой.
Поверхностное натяжение воды можно увидеть, если заполнить ей стакан до краёв: поверхность жидкости будет иметь выпуклую форму и выступать над краями стакана.
Паук на рисунке использует высокое поверхностное натяжение воды, пересекая пруд без риска утонуть.
Адгезия - слипание поверхностей веществ разной природы.
Примеры:
Сцепление молекул воды с клеточными стенками. Обеспечивается наличием водородных связей. Это сцепление препятствует оттоку воды вниз под воздействием гравитационных сил.2 эмерджентное свойство воды - высокая удельная теплоемкость воды.
Вода способна поглощать или выделять большое количество тепла при незначительном изменении собственной температуры. Это происходит потому, что значительная часть энергии идёт на разрыв и образование водородных связей. Благодаря этому свойству вода стабилизирует климат, сглаживая температурные колебания, и защищает организмы от быстрого перегрева или переохлаждения.
3 эмерджентное свойство воды - расширение при замерзании.
В твёрдом состоянии (лёд) молекулы воды образуют стабильную решётку с промежутками, из-за чего лёд менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому он плавает на поверхности водоёмов, защищая их от полного промерзания и позволяя водным обитателям выживать зимой.
Внутри трехмерного кристалла льда положение каждой молекулы зафиксировано четырьмя водородными связями с ближайшими соседями. Из-за существенной дистанции между молекулами плотность у льда ниже, чем у воды. На поверхности он образует своего рода защитный барьер, который не дает водоемам замерзнуть зимой. Многие морские организмы, такие как, например, мелкие планктонные рачки — криль, успешно зимуют под толщей дрейфующего льда у побережья Антарктиды.
Вода является отличным растворителем для полярных и ионных соединений из-за своей полярной структуры. Когда вещества растворяются в воде, их молекулы или ионы окружены молекулами воды, образуя водородные оболочки. Это позволяет воде растворять множество различных веществ, включая соли, сахара и даже крупные молекулы, такие как белки.
Эти свойства делают воду уникальной и жизненно важной для существования жизни на Земле.
