Vanduo

Turinys

Turinys 2`psl.
Įvadas 3 psl.
Darbo tikslas ir uždaviniai 3 psl.
Stuktūra. Vandenilinis ryšys 4 psl
Vandens agregatinės būsenos 8 psl.
Fizinės ir cheminės vandens savybės 10 psl.
Nuo temperatūros priklausančios savybės 10 psl.
Paviršiaus įtempimas 13 psl.
Adhezija ir kohezija 14 psl.
Vanduo kaip tirpiklis 14 psl.
Vandens ciklas 17 psl.
Vandens funkcijos gyvuosiuose organizmuose 18 psl.
Išvados 19 psl.
Literatūros sąrašas 20 psl.Įvadas
Pirmosios ląstelės atsirado vandenyje, galbūt todėl ir dabartinius organizmus sudaro 70-90% vandens, jie gyvena aplinkoje, kurios savybes, vykstančius procesus taip pat apsprendžia vanduo. Vanduo yra vienintėlė tokia medžiaga, kuri natūralioje aplinkoje egzistuoja trijose būsenose: skystoje, kietoje ir dujinėje. Tai trečia labiausiai paplitusi medžiaga visatoje (ppo vandenilio ir anglies dioksido), gausiausia medžiaga žemėje ir vienintelis natūraliai atsirandantis neorganinis skystis.
Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad tai paprasta molekulė, susidedanti iš dviejų vandenilio atomų, prijungtų prie deguonies, tačiau ir tokia nedidelė molekulė dėl ypatingų jos savybių idealiai atitinka gyvybės poreikius. Grynas vanduo neturi jokio kvapo,

spalvos, tačiau visos gyvybės formos nuo jo priklausomos. Kuo vanduo toks ypatingas, kuo svarbus, kad be jo neegzistuotų gyvybė?

Atsakymą į klausimą, tikiuosi, rasite šiame darbe, kadangi stengiausi ne tik išvardinti būdingiausias vandens savybes, beet ir paaiškinti jas nulemiančius veiksnius, įtaką biologiniams procesams.Darbo tikslas ir uždaviniai
Darbo tikslas- apžvelgti vandens struktūrą, fizines ir chemines savybes, jų įtaką biologiniams procesams
Darbo uždaviniai:
1. Susipažinti su vandens sandara, stuktūros modeliais, jų įtaka vandens savybėms;
2. Apibūdinti svarbiausias vandens fizines ir chemines savybes, ja

as įtakojančius veiksnius;
3. Paaiškinti vandens, kartu ir jo savybių reikšmę biologinėms sistemoms.

Struktūra. Vandenilinis ryšys

1 pav. Vandens molekulė [6]

Didelė vandens įtaka organizmui priklauso nuo jo molekulės struktūros, fizikinių ir cheminių savybių. Cheminė formulė H2O rodo, kad vandens molekulė susideda iš tarpusavy sujungtų dviejų vandenilio ir ir vieno deguonies atomų. Vandenilius ir deguonį tarpusavyje riša stiprūs kovalentiniai ryšiai [6]. Vandens formavimasis iš jį sudarančių elementų, išskiria daug energijos, 572 kJ. Tai egzoterminė reakcija:

2H2 + O2 = 2H2O + ENERGIJA

Vandens molekulė turi dvi poras laisvų elektronų- jie nedalyvauja sudarant kovalentines jungtis. Abi poros, susidedančios iš dviejų neigiamų elektronų, paveikslėlyje pažymėtų taškais, yra labai elektroneigiamos, tačiau visa molekulė yra elektriškai neutrali [6].
2 pav. Vandens molekulė [6]

Vandens molekulė yra poliarinė- jos valentinis kampas H-O-H lygus 105°, todėl molekulė sudaro dipolį: O2 attomas pritraukia 2H elektronus, įgaudamas 2 neigiamus krūvius. Dėl deguonies “elektroneigiamumo” vandeniliai įgauna dalinį teigiamą krūvį. Dėl tokio krūvių skirtumo, elektronai kovalentinėse jungtyse tarp vandenilio ir deguonies yra iš dalies patraukti į deguonies pusę. Dėl to vandeniliai įgauna dalinį teigimą krūvį.

3 pav. Vandens molekulės elektronų orbitalės [9]

Vandens molekulėje elektriniai krūviai yra nevienodai pasiskirstę. Vandenilio dalis yra teigiama, o deguonies neigiama. Taip atsitinka dėl didesnio deguonies elektroneigiamumo –3,5, kai vandenilio 2,1. Šio skirtumo nepakanka suformuoti deguonies ir vandenilio jonams, tačiau dėl to vanduo tampa poline mo

olekule , todėl ji lengvai tirpina kitus polinius junginius [3]. Šį poliarizacijos efektą galima pavaizduoti taip:

4 pav. Poliarizacijos efektas vandens molekulėje [6]

Kadangi ta pati molekulė turi ir teigiamą, ir neigiamą polius, vandens molekulės gali sąveikauti tarpusavyje suformuodamos aukštos organizacijos tarpmolekulinį tinklą. Ši sąveika- vandenilinis ryšys. Vandenilinis ryšys yra iš dalies (apie 90%) elektrostatinis ir iš dalies (10%) kovalentinis [2].
Kadangi kiekviena vandens molekulė gali suformuoti keturis vandenilinius ryšius, susidaro sudėtingos struktūros. Bet jei vandenilinis ryšys yra silpnas, kaip jis gali būti toks svarbus? Jų yra labai daug, taigi jėga skaičiuje [6]. Iš tiesų, vandenilinio ryšio silpnumas yra jo naudingumo biologinėse reakcijose raktas [9]. Vandeniliniai ryšiai yra kur kas silpnesni nei kovalentiniai ryšiai vandens molekulės viduje, bet pirmųjų pakanka, kad vandens molekulės laikytųsi sukibusios. Jei vandenilinių ryšių nebūtų, vanduo virtų esant –80°C, o užšaltų esant –100 °C temperatūrai, tad tokia gyvybė, kokia ji yra dabar, būtų neįmanoma. Būtent dėl vandenilinių ryšių vanduo yra skystas,esant gyvybei tinkamomis temperatūromis.

5 pav. Vandeniliniai ir kovalentiniai ryšiai vandens molekulėse [6]
Svarbiausia vandens savybė- jo molekulės jungiasi į struktūrinius agregatus, susidarančius paprastai iš 5 H2O molekulių. Teoriškai visa vandens molekulė gali sudaryti vientisą tinklą, lyg gigantišką makromolekulę, kurios vandenilinės jungtys, judant vandens molekulėms, greit suyra, tačiau taip pat greitai susidaro naujos, todėl tarp atskirų vandens mo

olekulių išlaikoma pusiausvyra [3].
Vandens molekulei jungiantis su keturiomis kaimyninėmis molekulėmis susidaro erdvinė struktūra tetraedras. Ji būdingiausia ledo 1 struktūrai. Tai paprastas ledas, kurį dažnai matome gamtoje. Be šio ledo yra dar daugiau ledo rūšių, kurias galima gauti keičiant temperatūrą ir didinant slėgį [5]. Skystame vandenyje molekulių išsidėstymas nėra toks simetriškas kaip. pavaizduota čia [2]. Susijungdami tetraedrai sudaro ledo heksagonalinę kristalinę gardelę. Kristalinė heksagonalinė ledo struktūra nėra unikalus gamtos reiškinys. Panaši sandara būdinga SiO2 kristalams. Didėjant temperatūrai tetraedrinė vandens struktūra iš dalies išlieka. Pagrindinis ledo ir vandens struktūrų skirtumas- lede visos molekulės yra kristalinėje gardelėje, o vandenyje susidaro tik nedidelės kristalizuotos sritys, kurių vidutinis gyvavimo laikas 10-10 10-11s. Šios kristalizuotos sritys kartais vadinamos klasteriais. Klasteris sujungia 10 –1000 vandens moplekulių, o jo diametras- 10-15Å. Klasterių erdvinė struktūra puri, jo ertmes pripildo molekulės. Erdvę tarp kristalizuotų spiečių taip pat pripildo chaotiškai judančios vandens molekulės [8].

6 pav. Tetraedrinė vandens struktūra [2] 7 pav. Heksagonalinė ledo kristalinė gardelė [6]

Maži keturių vandens molekulių klasteriai gali jungtis į biciklo oktamerus, o jie grupuotis toliau suformuodami simetrišką 280 molekulių aikozaedrinį vandens klasterį. Tokiais vandens struktūros modeliais paaiškinamos daugelis ypatingųjų (anomaliųjų) vandens savybių [2].

8 pav. Aikozahedrinis vandens molekulių klasteris [2]

Vandens būsenos

Žemiau nulio vanduo yra kietas (ledas, snaigės), tarp nulio ir virimo vanduo skystas, o virš virimo temperatūros susidaro du

ujos. Ledo virtimas skysčiu vadinamas tirpimu, skysčio virsmas dujomis- garavimas. Dujų virtimas skysčiu- kondensacija. Šerkšnas formuojasi kai dujos iškart pereina į kietą būseną. Kietos būsenos virtimas dujomis- sublimacija [10].

Dujos Skystis Kietas kūnas
9 pav. Vandens agregatinės būsenos [10]
Dėl polinės struktūros vandens molekulės traukia vienos kitas, suformuodamos silpnus vandenilinius ryšius. Molekulių sąveikos laipsnis apsprendžia fizinę vandens būseną. Vandeniui būdingos trys agregatinės būsenos. Dujinėje būsenoje šiluminė energija viršija sveikos jėgas ir molekulių judėjimas tampa greitas. Atstumai tarp molekulių yra per dideli, kad išsilaikytų vandeniliniai ryšiai. Skystoje būsenoje, esant mažesnei šiluminei energijai, molekulių judėjiams sulėtėja. Asociacija vis dar silpna, tačiau susidaro klasterizuotos sritys. Dėl šios savybės vanduo vadinamas “skystu kristalu”. Kai šiluminė energija visai sumažėja, vanduo pasiekia užšalimo temperatūrą, molekulių struktūrą palaiko vandenilinė sąveika. Susiformuoja kristalai, turintys geometrinę struktūrą. Vienintelis molekulių judėjimo būdas šioje fazėje- vibraciniai judesiai [9].
Žemėje vanduo randamas visose trijose formose. Taip yra dėl planetos specifinio slėgio bei temperatūros pasiskirstymo. Sakoma, kad žemė yra trigubajame vandens taške [10]. Vandens fazių diagrama parodo, kokioje būsenoje (dujinėje, kietoje ar skystoje) yra vanduo duotoje temperatūroje ir slėgyje. Esant žemam slėgiui, nepriklausomai nuo temperatūros, vanduo egzistuoja dujinėje būklėje. Prie vidutinių slėgio reikšmių, žemoje temperatūroje vanduo virsta ledu, o aukštesnėje- skystas. Trys kreivės šakos diagramoje rodo, kaip keičiasi vandens agregatinė būsena, besikeičiant slėgiui ir temperatūroje. Kreivių susikirtimo taškas- trigubasis taškas- vienintelis, kuriame visos trys fazės gali stabiliai egzistuoti kartu. Pasiekus kritinį tašką, virš kritinės temperatūros, dujos negali kondensuotis į skystą būseną, kad ir koks būtų slėgis. Taip pasiekiama “superkritinė” fazė [2].

10 pav. Vandens fazių diagrama [2]Fizinės ir cheminės vandens savybės
Nuo temperatūros priklausančios savybės
Vanduo verda prie 100°C ir šąla prie 0° C. Tuo pagrįsta Celsijaus temperatūros skalė. Tačiau ne visada vandens virimo temperatūra yra 100°C, ji priklauso nuo aplinkos slėgio:

11 pav. Vandens virimo temperatūra keičiantis slėgiui [6]
Kadangi vanduo verda ir virsta garais tik esant 100°C temperatūrai, tai jis lieka skystas bet kokioje gyvoms būtybėms tinkamoje temperatūroje. Kad skystas vanduo virstų garais, turi būti nutraukti vandeniliniai ryšiai, o tam reikia labai daug šiluminės energijos. Ši vandens savybė padeda taip sušvelninti aplinkos temperatūrų poveikį, kad gyvybė Žemėje gali egzistuoti. Dėl šios vandens savybės gyvūnai didelių karščių metu gali atsikratyti šilumos pertekliaus. Gyvūnams prakaituojant perteklinė kūno šiluma naudojama prakaitui garinti- ir kūnas vėsta [5]. Temperatūra yra greito molekulių judėjimo terpėje produktas, kinetinės energijos matas. Vandenyje šiam judėjimui turkdo vandenilinės jungtys ir daug energijos sunaudojama joms nutraukti [9].
Palyginkime vandens ir kitų panašių į jį cheminių medžiagų virimo temperatūras:

1 lent. Virimo temperatūros [6]

Vanduo verda ypač aukštoje temperatūroje, kaip tokio dydžio molekulė. Tai nulemia vandenilinių ryšių tinklas. Jei vanduo būtų “normalus” kambario temperatūroje tai būtų dujos [6]. Vandenilinis ryšys svarbus tuo, kad neleidžia molekulėms lengvai išsilaisvinti iš vandens paviršiaus. Tai sumažina garų slėgį. Vanduo nepradeda virti, kol garų slėgis nesusilygina su išoriniu slėgiu. Vandens atveju tai įvyksta aukštesnėje temperatūroje [2].

Palyginus su kitomis molekulėmis, vandeniui būdinga didelė specifinė šiluma:

2 lent. Specifinės šilumos [6]

Skysto vandens temperatūra kyla ir krinta lėčiau nei daugelio kitų skysčių. Viena kalorija yra šilumos kiekis, kurio reikia, kad 1 g vandens temperatūra pakiltų 1°C. Jei lygintume su kitais skysčiais, kurių molekulės turi kovalentinius ryšius, jų temperatūrai tiek pat pakelti prireiktų perpus mažiau energijos. Daugybės vandenilinių ryšių, kuriais susijungia vandens molekulės, padeda vandeniui sugerti šilumą tik nedaug tepakylant jo temperatūrai.

Šaldamas vanduo turimą šilumą atiduoda. Kad vienas gramas labiausiai atšalusio vandens virstų ledu, jis turi netekti 80 kalorijų šiluminės energijos. Nepaisant to, vanduo gerai laiko šilumą ir jo temperatūra krinta lėčiau negu kitų skysčių. Ši vandens savybė yra svarbi ne tik vandenyje gyvenantiems, bet ir visiems kitiems organizmams. Vanduo juos apsaugo nuo staigių aplinkos temperatūros pokyčių ir padeda išlaikyti jiems būdingą vidinę kūno temperatūrą.
Kitaip negu daugelio medžiagų, užšalusio (kieto) vandens tankis mažesnis nei skysto. Vandeniui vėstant, jo molekulės vis labiau artėja viena prie kitos. Jų tankis didžiausias, kai temperatūra siekia 4°C, tačiau ir tada vis dar juda. Kai temperatūra krenta žemiau 4°C, lieka tik vibraciniai molekulių judesiai, o vandeniliniai ryšiai tvirtėja, nors molekulės ir darosi atviresnės. Vadinasi, vanduo šaldamas plečiasi. Štai kodėl buteliai su gėrimais šaldymo kamerose sproginėja, o šiaurės keliai pasidaro duobėti. Kartu tai reiškia, kad ledo tankis mažesnis nei skysto vandens- todėl ledas vandenyje plūduriuoja, neskęsta. Jeigu jis skęstų, ledo gabalai kauptųsi vandens telkinio dugne ir toks telkinys, net jei tai būtų visas vandenynas, žiemą užšaltų iki dugno, o gyvi organizmai neišgyventų. Gamtoje tai vyksta atvirkščiai: ledas susidaro vandens paviršiuje ir storėja gilyn. Paviršiuje susidaręs ledas tampa šilumą izoliuojančiu sluoksniu, kuris saugo po savimi vandenį nuo užšalimo. Taip apsaugoma daugybė vandenyje gyvenančių organizmų, kad neiššaltų žiemą. Pavasarį pradėjęs tirpti, ledas ima šilumą iš aplinkos ir gerai saugo vandens telkinį nuo staigių temperatūros svyravimų, kurie jo gyventojams būtų pražūtingi [5].
Keletas anomaliųjų vandens savybių, priklausančių nuo temperatūros: didelis skysto vandens tankis aiškinamas vandenilinių ryšių buvimu. Vandeniliniai ryšiais aiškinamos ir daugelis ypatingų vande.ns savybių, jų priklausomybė nuo aplinkos sąlygų. Klampumas, kaip ir kompresiškumas, mažėja kylant temperatūrai, kadangi nurtaukiami molekules jungiantys vandeniliniai ryšiai. Šiltame vandenyje garsas sklinda greičiau nei šaltame, o greičio maksimumas pasiekiamas prie 73°C. Visa tai galima pavaizduoti grafiškai:

12 pav. Vandens savybių priklausomybė nuo temperatūros [2]Paviršiaus įtempimas
Vanduo pasižymi didele paviršiaus įtemptimi (72,75 mJ/m2 esant 20°C). Ant lašo paviršiaus gali išsilaikyti net smulkios uolienos dalelės. Taip yra dėl didelės paviršiaus įtempties. Paviršiaus tempimo jėga nusakoma pagal tai, kiek jos reikia skysčio paviršiui suardyti. Vandens paviršiaus didelę itemptį, kaip ir koheziją lemia vandeniliniai ryšiai. Yra netgi vabzdžių, kurie gali bėgioti vandens telkinių paviršiumi nesuardydami jo plėvelės, pavyzdžiui vandeniniai čiuožikai [5].

13 pav. Vandens čiuožikas [2]
Paviršiaus įtempimas yra vandens paviršiaus plėvelės stiprumo matas. Molekulių tarpusavio sąveika sukuria stiprią plėvelę, kurią tarp panašių skysčių pralenkia tik gyvsidabris. Paviršiaus tempimas leidžia ant vandens išsilaikyti ir plaukti net už vandenį sunkesniems kūnams. Paviršiaus įtempimas būtinas energijos perdavimui iš vėjo vandeniui, kad sukelti bangas. Jos būtinos greitai deguonies difuzijai ežeruose ir jūrose [7].Adhezija ir kohezija
Vandens molekulės pasižymi didele kohezija ir adhezija (sukibimu ir prilipimu). Vandens molekulės jungiasi tarpusavy. Ši sąveika vadinama kohezija. Vanduo taip pat sąveikauja ir su kitais junginiais. Tai vadinama adhezija. Kohezija yra akivaizdi, kai vanduo teka- jo molekulės neišsisklaido kas sau. Jas sukibusias laiko vandeniliniai ryšiai. Kadangi vandens molekulės yra poilškos- turi teigiamą ir neigiamą polių- jos limpa prie paviršių, ypač prie polinių, taigi turi adhezinių savybių.

14 pav. Vandens molekulių sąveika [10] Deguonis vandens molekulėje turi neigiamą krūvį, o vandenilis neigiamą. Vienos vandens molekulės vandeniliai jungiasi su kitos molekulės deguonimi. Šios jungiančios jėgos ir suteikia vandeniui adhezijos ir kohezijos savybes [10].

15 pav. Kohezija [7] Kohezija ir adhezija labai svarbios maisto medžiagoms augaluose išnešioti. Augalų šaknys- dirvoje, iš jos siurbia vandenį. Tuo tarpu lapai iškelti į saulę. Kaip vanduo nukeliauja iki viršūnės? Tam praverčia ypatingos vandens savybės. Augalai turi vandens indus nuo šaknų iki lapų. Vandens molekulės, kurios išgaruoja pro lapus, tučtuojau pakeičia kitos, atkeliaujančios šiais indais. Kadangi vandens molekulėms būdinga kohezija, jos tempia viena kitą ir tap keliauja nuo šaknų iki lapų. Adhezija- lipimas prie vandens indų sienelių- taip pat talkina. Jis padeda išlaikyti vandens stulpą inde. [5]

Paviršiaus įtempimas yra susietas su kohezyviom vandens savybėm, o kapiliarinis efektas- su adhezyviom. Tai vandens molekulių sąveika su indo sienelėmis, kuri yra stipresnė negu pačių molekulių tarpusavio sąveika. Šį procesą riboja gravitacija bei kapiliaro skersmuo. Dėl kapiliarinio efekto augalai siurbia vandenį pro šaknis, šis efektas padeda širdžiai varinėti kraują smulkiomis kraujagyslėmis [10].Vanduo kaip tirpiklis
Vanduo yra universalus tirpiklis, sudarantis palankias salygas cheminėms reakcijoms tiek negyvojoje gamtoje, tiek gyvosiose sistemose.
Vanduo dėl molekulės poliškumo yra puikus tirpiklis. Medžiagos, esančios vandens tirpale, turi vandens apvalkalėlį, kuris susidaro dipolinių molekulių sąveikos su makromoloekulėmis ar jonais metu. Kuo didesnis medžiagos vandens apvalkalėlis, tuo labiau tirpi medžiaga. Visi neorganiniai ir organiniai junginiai, kurie disocijuoja į jonus, visi biologiniai monomerai (aminorūgštys, sacharidai, ir pn.), turintys polines grupes, difunduoja vandens terpėje ir ištirpsta. Molekulės, neturinčios polinių jungčių ar grupių, blogai tirpsta vandenyje. Atsižvelgiant į tai, kaip molekulės elgiasi vandenyje, jos gali būti vadinamos hidrofilinėmis (tirpsta vandenyje) ir hidrofobinėmis (netirpsta vandenyje, pvz. riebalų rūgščių radikalai, triacilgliceroliai, steroidai) [3].
Svarbi savybė- deguonies tirpumas vandenyje. Faktas, kad deguonies molekulių vandenyje yra mažiau, ir jų difuzija vyksta lėčiau negu ore, tapo svarbia atrankiąją jėga kvėpavimo sistemos evoliucijoje, kartu ir vandens ir sausumos gyvūnams [6].

Druskos, tokios kaip natrio chloridas, vandenyje disocijuoja į jonus. Ši disociacija vyksta dėl vandens savybės sudaryti hidratacijos gardeles apie krūvį turinčius atomus ir molekules. Vandens molekulės orientuojasi teigiamu galu (H) į neigiamą joną, tokį kaip Cl sudarydamos apie jį hidratacijos gardelę[9].

16 pav. Druska NaCl tirpsta vzndenyje ir sudaro hidratacines gardeles [9]
Hidratacijos gardeles vanduo gali sudaryti ne tik apie jonus, bet ir apie polines molekules Pavyzdžiui cukrūs turi silpnai polines hidroksilo funkcines grupes –OH, su kuriomis vanduo sudaro gardeles [9].

17, 18 pav. Gliukozė tirpsta vandenyje [6]

Pagrindinis vandenį jungiantis veiksnys yra jonas- dipolis sąveika. Jos metu apie joną susidaro vienas ar daugiau vandens dipolinių molekulių sluoksnių. Reiškinys vadinamas hidratacija, o vandens molekulių skaičius, kurį jungia vienas jonas- hidratacijos skaičiumi. Kuo mažesnis jonas ir didesnis jo krūvis, tuo daugiau mlekulių jis sujungia. Tam tikruose gyvybiniuose procesuose- jonų skverbimosi pro membranų poras, joninių grupių sąveikoje, fermentinėje katalizėje ir kt., svarbiasią reikšmę turi pats jonas ir pirmojo vandens sluoksnio molekulės. Jos, kaip ir kitos terpės molekulės, svyruoja, sukasi apie savo ašį, tik mažesniu greičiu. Jos išlekia iš pirmojo sluoksnio, o į jų vietą iš kart įlekia kitos.
Taikant rentgeno strukyūrinės analizės ir branduolinio magnetinio rezonanso metodus, buvo įrodyta, kad stipriai susijungusios su baltymu vandens molekulės yra baltymo viduje bei jonizuotuose aktyviuose centruose. Vienoje baltymo molekulėje yra kelios dešimtys prisijungusių vandens molekulių. Keli šimtai vandens molekulių supa visą baltyminės molekulės paviršių. Jos išsidėstę gana retai, dviem sluoksniais ir pagrindinis jas laikantis veiksnys yra vandenilinė sąveika. Taip vandens molekulės stabilizuoja baltyminių molekulių erdvinę struktūrą [8].
Ypatinga vandens savybė tirpinti daugelį medžiagų, leidžia mūsų ląstelėms naudoti maisto medžiagas, mineralus biologiniuose procesuose, įgalina jų transportą bei šalinimą [9]. Jūros vandenyje, kaip ir gyvosiose ląstelėse yra didelė įvairovė ištirpusių jonų. Hidrofobinės molekulės yra pagrindinė ląstelės membranos sudedamoji dalis. Tai svarbi savybė, dėl kurios membranos netirpios vandenyje [1]. Lietaus lašas, krisdamas per orą ištirpdo atmosferos dujas. Kai lietus pasiekia žemę, įtakoja žemės, ežerų ir upių kokybę.Vandens ciklas
19 pav. Vandens ciklas [7]
Globalinį vandens ciklą nulemi šie veiksniai: Žemės paviršiaus atspindimas nevienodas energijos kiekis, palyginti su sausuma menka šiluminė vandens spinduliavimo geba bei Žemės sukimasis apie savo ašį.
Vandenynuose ši apytaka pasireiškia šilumą sugeriančiu vandens garavimu, išskiriančia šilumą garų kondensacija bei krituliais. Sausumoje vandens apytaką papildo požeminis ir antžeminis vandens nuotėkiai, jo sankaupos (dirvožemio drėgmė, ledynai, ežerai) ir kt. įvairiai sunaudojamas (organizmų, mineralų) vanduo. Vandens apytaka palaiko Žemės energijos balansą; vandens molekulės perneša energiją, sugertą Saulės intensyviai kaitinamose juostose, į aukštesnes geografines platumas. Kartu su vandeniu pernešamos ištirpusios arba smulkių kietų dalelių pavidalu jame esančios medžiagos (jūrų srovėmis, tekančiais sausumos vandenimis, taip pat organizmais). Vandens balansui, t.y. vandens kiekio pasipildymui ir netekimui kurioje nors apibrėžtoje vietovėje, lemiamą reikšmę turi augalijos danga. Dalis kritulių vandens susilaiko ant augalų apviršiaus (intercepcija) ir nuo čia, kaip ir nuo dirvos paviršiasu išgaruoja. Į dirvožemį susigėręs ir augalų šaknims pasiekiamas vanduo gal ibūti augalų įsiurbiamas ir per lapus vėl išgarinamas (transpiracija). Evapotranspiracija vadinamas bendras vandens išgarinimas apibrėžto dydžio žemės paviršiaus plote su jo augalija. Kitaip tariant, evapotranspiracija apima dirvožemio ir augalų išgarinamą (įskaitant ir transpiraciją) vandenį [4].

Štai kaip pasiskirsčiusios vandens atsargos. Gyvajai gamtai tenka nedidelė, tačiau itin jai reikšminga vandens dalis.
• 1.35 x10(17) kubinių metrų (97.3%) vandenynai
• 29×10(15) kubinių metrų (2.1%) ledynai
• 8.4×10(15) kubinių metrų (0.6 %) požeminiai vandenys
• 0.2×10(15) kubinių metrų (0.01%) ežerai ir upės
• 0.013×10(15) kubinių metrų (0.001%) vandens garai atmosferoje
• 0.0006×10(15) kubinių metrų (0.00004%) biosfera.Vandens funkcijos gyvuosiuose organizmuose
Savrbiausios vandens funkcijos organizme:
1. Vanduo yra įvairių medžiagų tirpiklis.
2. Vandenyje ir su vandeniu vyksta daug įvairių reakcijų.
3. Vanduo yra daugelio organizmo koloidinių-dispersinių sistemų terpė.
4. Vanduo atlieka pernešimo funkciją, vykstant maisto medžiagų apykaitai augaluose.
5. Vanduo reguliuoja šiluminį organizmo balansą.
6. Vanduo palaiko vidinį ląstelės spaudimą ir ląstelės formą.
7. Vanduo dalyvauja anabolinėse reakcijose (yra daugelio biologinių medžiagų sintezės substratas).
8. Vanduo dalyvauja katabolinėse reakcijose (hidrolizės).
9. Vanduo atlieka energetinę funkciją (yra elektronų šaltinis, vykstant energijos transformacijai augalų chloroplastuose).
10. Vanduo palaiko bioorganinių junginių erdvinę struktūrą, yra tarpinis sluoksnis tarp poliarinių baltymų ir lipidų molekulių galų biologinėse membranose.
11. Vanduo yra ne tik terpė, bet ir daugelio reakcijų komponentas bei aerobinės medžiagų oksidacijos galutinis produktas.
12. Vanduo įgalimą kai kurių organizmų migraciją, sėklų išplitimą [3].Išvados
Nedidelės vandens molekuklės ypatingos savybes nulemia jos sugebėjimas sudaryti vandenilinius ryšius, struktūrinius agregatus- klasterius. Teoriškai visos vandens molekulės gali sudaryti vientisą tinklą- gigantišką molekulę, kuri palaikoma dėl pusiausvyros tarp susidarančių ir nutrūkstančių vandenilinių jungčių.

Gyvybė priklauso nuo daugelio ypatingų vandens savybių, kurių svarbiausios: aukšta virimo temperatūra, didelė šiluminė talpa, poliškumas, kohezyvumas ir adhezyvumas, didelis paviršiaus tempimas, gebėjimas jonizuotis ir kt. Taigi, tokia nedidelė vandens molekulė, dėl jos ypatingų savybių idealiai atitinka gyvybės poreikius.

Vanduo, sudarantis didžiąją dalį gyvųjų organizmų ir juos supančios aplinkos, atsakingas už daugelį biologinių procesų. Tai daugelio reakcijų terpė, įvairių medžiagų tirpiklis, jis atlieka pernešimo funkciją, yra terpė sėklų, organizmų plitimui, dalyvauja termoreguliacijos bei kituose svarbiuose procesuose. Pagaliau vanduo- gyvybės atsiradimo ir raidos lopšys.Literatūros sąrašas
1. A.N. Campbell, Biology third edition (USA: the Benjamin/Cummmings Publishing
company, 1996)
2. M.Chaplin “Water structure and behavior” //, aplankyta 2002 10 18
3. A.Gailiūnienė Biochemija (Kaunas, KMU leidykla, 1999)
4. Heinrich D., Hergt M., Ekologijos atlasas (Vilnius: Alma Littera, 2000)
5. S.Mader Biologija (Vilnius: Alma Littera, 1999)
6. The mystery of water// http://www.witcombe.sbc.edu/water, aplankyta 2002 11 02
7. The Nature of Water //, aplankyta 2002 10 10
8. M.Venslaukas Biofizika (Kaunas: VDU leidykla, 1999)
9.R.A.Wallace, J.L.King. G.P.Sanders, Biology the science of life (USA: Foresman and Sanders, 1986)
10. Water properties//, aplankyta 2002 10 03

Leave a Comment