Свойства и функции воды

Свойства воды	Функции, основанные на данных свойствах
Высокая теплоемкость (75,3 Дж/мольК). Большая теплота испарения (40,8 кДж/моль)	Термостатирование организма
Высокая диэлектрическая проницаемость ( = 80)	Растворение солей, кислот, оснований, диссоциация их на ионы, что обусловливает высокие скорости протекания биохимических реакций, быструю миграцию ионов и передачу нервных импульсов

Большой дипольный момент ( = 1,82 D) и способность образовывать водородные связи	Формирование определенных структур водных ассоциатов в самой воде и у молекул биополимеров в водных растворах
Низкая вязкость ( = 0,001 Пас)	Транспортные функции и возникновение жидкокристаллического состояния у биосубстратов

Вода как химический реагент

1. Кислотно-основные свойства: вода – амфолит.

Н₂О ; Н⁺ + ОН^– ; Н₂О + Н₂О ; H₃O⁺ + ОН^– ;

HCl + H₂O = H₃O⁺ + Cl^–; NH₃ + H₂O ; NH₄⁺ + OH^–

Вода участвует в реакциях гидратации, гидролиза:

CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄  5H₂O; CH₂ = CH₂ + H₂O ;;;Н+ CH₃CH₂OH;

CO₃^2- + H₂O ¬¾;¾® HCO₃^- + OH^- рН7;

Жиры + H₂O ¬¾;¾® глицерин + жирные кислоты;

Белки + H₂O ¬¾;¾® аминокислоты;

Ди- и полисахариды + H₂O ¬¾;¾® моносахара.

2. Окислительно-восстановительные свойства воды.

ОВР возможны при взаимодействии воды только с очень активными восстановителями и очень активными окислителями, т.к. водород и кислород в молекуле воды находятся в устойчивых степенях окисления +1 и –2, соответственно.

а) вода – окислитель:

Ca⁰ + 2H O = Ca⁺² (OH)₂ + H ; CH₄ + H₂O ¬¾;¾®;t CO + 3H₂.

б) вода – восстановитель: H₂O^–2 + F₂ = 2HF + «O» (смесь продуктов OF₂, О , О₃, Н₂О₂);

2Н₂О ;;;электролиз 2Н₂ + О₂ (внутримолекулярная ОВР).

4. Комплексообразующие свойства воды.

Н ₂О: – активный монодентатный лиганд, образует комплексы:

с ионом водорода – Н₃О⁺;

с катионами металлов в водных растворах – [Ca(H₂O)₆]²⁺; [Fe(H₂O)₆]²⁺, [Cu(H₂O)₄]²⁺. Катионы щелочных металлов находятся в водных растворах не в виде аквакомплексов, а в виде гидратированных ионов.

Пероксид водорода

Н₂О₂ – нестойкая, бесцветная, вязкая сиропообразная жидкость, в 1,5 раза тяжелее воды (плотность 1,45 г/см³). t_пл = –0,43^оС; t_кип = 150^оС.

Молекулы Н₂О₂ сильно ассоциированы за счет образования водородных связей (больше, чем молекулы воды), поэтому пероксид водорода – более плотная и вязкая жидкость, чем вода, с большей температурой кипения. С водой смешивается в любых соотношениях, хорошо растворим также в спирте, эфире.

Строение молекулы. Молекула имеет форму полураскрытой книги, где атомы кислорода находятся на корешке, а атомы водорода на страницах. В молекуле пероксида водорода связи между атомами Н и О полярные, между атомами О ковалентная неполярная связь. В силу несимметричного распределения связей Н–О в пространстве (в двух плоскостях под углом 120^о) молекула Н₂О₂ полярна. Поэтому в водных растворах пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства:

а) диссоциация Н₂О₂ + Н₂О ; Н₃О⁺ + НО pK = 11,65.

Ионизация по второй ступени практически не протекает.

б) взаимодействие со щелочами Ba(OH)₂ + H₂O₂ = BaO₂  + 2H₂O.

Степень окисления кислорода в Н₂О₂ равна –1 и является промежуточной между –2 (Н₂О) и 0 (О₂), поэтому в ОВР Н₂О₂ проявляет окислительно-восстановительную двойственность, но более характерны для него окислительные свойства:

Н₂О₂ + 2Н⁺ + 2е = 2Н₂О  = +1,77 В (1)

О₂ + 2Н⁺ + 2е = Н₂О₂ = +0,68 В (2)

Так как  (1) больше (2), то окислительные свойства H₂O₂ сильнее восстановительных.

Пероксид водорода разлагается (на свету, при слабом нагревании, в присутствии катализатора процесс ускоряется):

2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂ (реакция диспропорционирования).

Комплексообразующая способность:

Наличие неподеленных электронных пар на атоме кислорода позволяет Н₂О₂ за счет донорно-акцепторного взаимодействия выступать в качестве нейтральных лигандов, например, [Fe(H₂O)₅(H₂O₂)]³⁺ и образовывать аналогичные кристаллогидратам пероксигидраты:

K₂CO₃3H₂O₂, Na₂CO₃1,5H₂O₂H₂O.

Пероксид водорода используется как наружное бактерицидное средство. Действует как окислитель, причем образующиеся при этом вещества О₂ и Н₂О безвредны. Выделяющийся О₂ оказывает противомикробное, дезодорирующее и депигментирующее действие, а также образует пену, очищающую раны за счет перевода частиц во взвешенное состояние. Фармакопейные препараты содержат 3% Н₂О₂.

30%-ный препарат (пергидроль) используют для лечения красного плоского лишая и юношеских бородавок. Гидроперит содержит комплекс мочевины с пероксидом водорода: СО(NH₂)₂H₂O₂

Пчелиный мед применяли ранее при перевязке ран. Антимикробное действие меда объясняется присутствием в нем небольшого количества пероксида водорода Н₂О₂. Он появляется в результате активности фермента, продуцируемого бактериями, поселяющимися в меде.