V O D A

28
V O D A Biofyzikální vlastnosti znamenají možnost života na Zemi. Ztráta 10 % vody u hospodářských zvířat představuje vážné poruchy, ztráta 25 % smrt.

description

V O D A. Biofyzikální vlastnosti znamenají možnost života na Zemi. Ztráta 10 % vody u hospodářských zvířat představuje vážné poruchy, ztráta 25 % smrt. Krev 93 % Ledviny 83 % Srdce, plíce 79 % Svalovina 76 % Mozek 70 % Skelet 22 % Zubní sklovina 0,2 %. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of V O D A

Page 1: V O D A

V O D A

Biofyzikální vlastnosti znamenajímožnost života na Zemi.

Ztráta 10 % vody u hospodářských zvířatpředstavuje vážné poruchy,

ztráta 25 % smrt.

Page 2: V O D A

Voda je nejvíce zastoupenou sloučeninou v organizmu

• Krev 93 %• Ledviny 83 %• Srdce, plíce 79 %• Svalovina 76 %• Mozek 70 % • Skelet 22 %• Zubní sklovina 0,2 %

• S věkem obsah vody klesá z 80 % narození

na 50 % ve stáří

Page 3: V O D A

Silně polární struktura

• Parciální náboje• Vodíkové vazby (můstky)

E ~ 8 – 40 kJ mol-1

asociace (shlukování) molekul

• Polární rozpouštědlo

H H

O

104,5o

σ

σ

+

-

Page 4: V O D A

KAPALNÁ VODA

• USPOŘÁDÁNÍ DO „CLUSTERS“• Molekuly vzájemně asociují, střídají se

oblasti organizované s neorganizovanými a se samostatnými molekulami

• Molekuly se mohou zasouvat do sebe• Různé energie H můstků v závislosti na

prostorovém uspořádání jednotlivých clusters• Paměť molekul (transport informace, homeopatika)

Page 5: V O D A

„„VURTZITOVÁ“ strukturaVURTZITOVÁ“ strukturaKaždá molekula vody přitahuje 4 další Každá molekula vody přitahuje 4 další molekuly molekuly Molekuly vytvářejí pravidelný tetraedr Molekuly vytvářejí pravidelný tetraedr krystalů ledukrystalů leduVodíkové můstky mají stejnou energii Vodíkové můstky mají stejnou energii v závislosti na teplotěv závislosti na teplotěPravidelné vzdálenosti vedou k Pravidelné vzdálenosti vedou k zvětšení zvětšení objemu Vmax 4 objemu Vmax 4 ooC - anomálie vodyC - anomálie vody

L E DL E D

Page 6: V O D A

FUNKCE VODY

• Univerzální rozpouštědlo • Prostředí pro fyzikální

(osmóza) a chemické (hydrolýza) procesy

• Strukturální (uspořádání membrán)

• Transportní (plynů, živin, tepla)

• Termoregulační

Velké specifické teplo

4,2 kJ mol-1 → akumulace tepla

Výborná tepelná vodivost

Vysoké skupenské teplo výparné 2,4 kJ mol-1 (37oC)

Evaporace• Anomálie vody

Page 7: V O D A

ROZPOUŠTĚNÍ• Kapaliny mají schopnost rozrušovat

vzájemné interakce částic pevných látek nebo jiných kapalin a uvolněné částice rovnoměrně rozptylovat (snaha o dosažení rovnovážného stavu).

• ROZPUSTNOST je stavová veličina představující kvantitativní míru rozpouštění

• NASYCENÝ ROZTOK je rovnovážná soustava, kdy za dané teploty se přidávaná látka přestává rozpouštět a vytváří samostatnou fázi.

Page 8: V O D A

• DISOCIACE – rozpad na menší části – ionty (disociační konstanta)

• ASOCIACE – spojování částic (H můstky)

• SOLVATACE (HYDRATACE) obalování částic molekulami rozpouštědla (vody)

Page 9: V O D A

ROZDĚLENÍ VODY

• Dříve volná x vázaná

• Nyní dle aktivity vody aw

piw

aw = ------------

piwo

piw parciální tenze vodních par nad potravinou

piwo parciální tenze vodních par nad čistou vodou

Page 10: V O D A

ROZDĚLENÍ VODY

1. aw 0,0 - 0,2 voda vicinální monomolekulární vrstva, nemá schopnost

rozpouštědla, bez možnosti chemických reakcí

2. aw 0,2 - 0,7 voda vícevrstvá fyzikální sorpce na potravinu, převládají

vodíkové vazby mezi vrstvami vody

3. aw 0,7 - 1,0 voda kondenzovaná voda volná získá se odpařením

voda zachycená získá se lisováním

Page 11: V O D A

• Všechny interakce vody v potravinách vedou k poklesu entropie, tedy k nárustu organizovanosti představované terciární a kvartérní strukturou koloidů.

• aw roste s teplotou 10 oC o 0,03-0,2

• Představuje dostupnost mikroorganismů

k vodě z potraviny, tedy vztah ke údržnosti

• Čerstvé maso 0,97

uzenina 0,82 – 0,85

Page 12: V O D A

KOLIGATIVNÍ VLASTNOSTI• SOUVISÍ S POČTEM ČÁSTIC V

ROZTOKU, JEJICHŽ VLASTNOSTI SE LIŠÍ OD VLASTNOSTÍ ČISTÝCH SLOŽEK

• Raultův zákon: Tenze par rozpouštědla nad roztokem je

za stejných podmínek vždy nižší než nad čistým rozpoštědlem (po).

Δ p = po . X2

X2 molární zlomek rozpuštěné látky podíl počtu částic rozpuštěné látky vůči součtu počtu

částic rozpuštěné látky a počtu částic rozpouštědla

Page 13: V O D A

EBULIOSKOPIE

• Bod varu roztoku je vždy vyšší než bod varu čistého rozpouštědla

ΔTe = Ee . m

Ee ebulioskopická konstanta

m molární koncentrace [mol . m-3]

Page 14: V O D A

KRYOSKOPIE

• Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než čistého rozpouštědla

ΔTk = Ek . m

Ek kryoskopická konstanta

m molární koncentrace [mol . m-3]

Page 15: V O D A

OSMOTICKÝ TLAK π• Je výsledkem snahy koncentrovaného roztoku

po zředění (vyrovnání koncentračního gradientu)• Hydrostatický tlak: p = h . ρ . g [Pa] Vańt Hoffův vztah: π = R . T . c . i [Pa] c molární koncentrace [mol . m-3] i Vańt Hoffův opravný koeficientPro neelektrolyty = 1Pro elektrolyty počtu vzniklých iontů

• Osmolarita [mosmol . l-1] • Osmolalita [mosmol . kg-1 rozpouštědla]

Page 16: V O D A

OSMÓZA - PRINCIP

osmotický tlak je tlakpotřebný k zastavení osmózy;

závisí na koncentraci rozpuštěné látky a na teplotě

Page 17: V O D A

OSMÓZA – TOK ROZPOUŠTĚDLA

• Představuje transport hmoty

látkový tok J = k . S (π1 – π2)

k – koeficient propustnosti

S – celková plocha rozhraní

π1 , π2 – osmotické tlaky roztoků oddělených membránou

Page 18: V O D A

TYPY ROZTOKŮ

izotonický – stejný osmotický tlak

hypotonický x hypertonický nižší osmotický tlak vyšší osmotický tlak

směr pohybu molekul rozpouštědlasměr pohybu molekul rozpouštědla

Page 19: V O D A

OSMOTICKÝ TLAK

• Roztoky hepertonické

voda ven z buňky → svrašťování plazmorhyza

(u rostlin plazmolýza)• Roztoky hypotonické

voda do buňky, zvětšení objemu plazmoptýza, haemolýza

• Roztoky isotonické pro krev π = 0,74 MPa

0,9 % NaCl (0,155 mol.l-1) nebo 5 % glukóza (0,31 mol.l-1)

Page 20: V O D A

ONKOTICKÝ TLAK

• Týká se koloidů

má v plazmě menší význam než osmotický tlak solí, působí proti hydrostatickému tlaku krve v končetinách, a proto má význam v tkáňové cirkulaci – zamezuje hromadění vody ve tkáních

• Hypoproteinemie plazmy vede k otokům

Page 21: V O D A

ONKOTICKÝ TLAK

• Schopnost potravin vázat přidanou vodu

• 1 g albuminu či globulinu váže 1,3 g vody

• 1 g škrobu váže 0,8 g vody

(solení, prátování atd.)

Page 22: V O D A

KAPALINY

• Ideální kapalina viskozita = 0 stavová rovnice ρ = konst.• Hustota ρ• Hydrostatický tlak • Hydrostatické paradoxon• Pascalův zákon tlak se šíří všemi směry nezávisle na

směru působící síly

Hydraulický lis S1 . F2 = S2 . F1

Page 23: V O D A

HYDRODYNAMIKA

• Rovnice kontinuity

S1 . v1 = S2 . v2

• Rovnice Bernoulliho

h . ρ . g + ½ ρ . v2 = konst.

• Hydrodynamické paradoxon

S1 v1 S2 v2

v2>v1 => h2<h1

h1

h2h2

Page 24: V O D A

Viskozita – vnitřní tření kapalin Viskozita – transport hybnosti F . t

Transp.vel. = - K . Plocha . Gradient

dv

F = η . S . -------

dx

v rychlost

x vzdálenost dvou vrstev

dv/dx gradient rychlosti

η dynamická viskozita

Page 25: V O D A

Viskozita suspenze (krve)

ηs = η . (1 + k . c)

k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částic

c objemová koncentrace částic

viskozita krve je závislá na teplotě

pro 37 oC přibližně 3 – 3,5 . 10-3 Pa . s

klinicky se stanovuje sedimentací krve

Page 26: V O D A

DRUHY PROUDĚNÍ

• LAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně

• TURBULENTNÍ – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLO v . ρ . R (R průměr)

Re = ----------------- η

kritická hodnota pro krev je 1000 (aorta člověka 964)( R = 0,01 m v = 0,3 m . s-1 ρ = 1,06 . 103 kg . m-3

η = 3,3 . 10-3 Pa . s )

Page 27: V O D A

Tvar čela proudnice

• ideální kapalina - nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádoby

• reálná kapalina – parabola

• suspenze - paraboloid

krvinky se drží ve středu

proudnice a brzdí čelo

Page 28: V O D A

Pružníkový efekt

• Srdce pracuje diskontinuálně• pro difuzi ve tkáních je pulzace nevhodná• pružníkové arterioly – převažují elastická

vlákna – při systole se roztáhnou• muskulární arterioly – převažují

hladkosvalová vlákna – udržují tlak při diastole

• střídáním obou se odstraní pulzace a působí standardní tlak v kapilárách