V O D A
description
Transcript of 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.
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
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
+
-
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)
„„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
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
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.
• DISOCIACE – rozpad na menší části – ionty (disociační konstanta)
• ASOCIACE – spojování částic (H můstky)
• SOLVATACE (HYDRATACE) obalování částic molekulami rozpouštědla (vody)
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
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
• 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
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
EBULIOSKOPIE
• Bod varu roztoku je vždy vyšší než bod varu čistého rozpouštědla
ΔTe = Ee . m
Ee ebulioskopická konstanta
m molární koncentrace [mol . m-3]
KRYOSKOPIE
• Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než čistého rozpouštědla
ΔTk = Ek . m
Ek kryoskopická konstanta
m molární koncentrace [mol . m-3]
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]
OSMÓZA - PRINCIP
osmotický tlak je tlakpotřebný k zastavení osmózy;
závisí na koncentraci rozpuštěné látky a na teplotě
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
TYPY ROZTOKŮ
izotonický – stejný osmotický tlak
hypotonický x hypertonický nižší osmotický tlak vyšší osmotický tlak
směr pohybu molekul rozpouštědlasměr pohybu molekul rozpouštědla
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)
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
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.)
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
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
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
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
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 )
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
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