Вопрос 1. А какова концентрация протонов при рН 8,5? при рН 8,7? Как её вычислить?

Вопрос 2. Объем клетки бактерии — около 2 мкм³, рН цитоплазмы — 7. Сколько протонов содержится в этой клетке?

Кислотность среды влияет на многие химические и биологические процессы[править]

Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов. Возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Для поддержания определённого значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований или на производстве применяют буферные растворы. Они позволяют сохранять практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении в раствор небольших количеств кислоты или щёлочи.

pH среды имеет особое значение для биохимических реакций. Концентрация в растворе ионов водорода часто влияет на свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот. Поэтому для нормальной работы организма поддержание постоянных значений рН в клетках и внеклеточных жидкостях (например, в крови) — задача исключительной важности. Цитоплазма, плазма крови и другие жидкости организма обладают буферными свойствами; это помогает поддерживать рН на более постоянном уровне.

Кислотность в разных частях тела человека сильно различается. Самая высокая кислотность в полости желудка; там при выделении желудочного сока рН в норме около 1-1,5.

[33] Буферные системы крови

Химический состав живого: химические элементы[править]

Элементный состав тела человека

Элемент Массовая доля.%

Кислород 65

Углерод 18

Водород 10

Азот 3

Кальций 1.5

Фосфор 1.2

Калий 0.2

Сера 0.2

Хлор 0.2

Натрий 0.1

Магний 0.05

Железо 3.8г у мужчин, 2.3 г у женщин

Кобальт, Медь, Цинк, Иод < 0.05 каждый

Селен, Фтор < 0.01 каждый

Chemical makeup of the human body — Химический состав тела человека (англ.)

Химический состав живого: молекулы[править]

Вода — основное вещество живых клеток[править]

Структурная формула молекулы воды

Модель водородных связей между молекулами воды

Вода в активных клетках составляет обычно 75-85 % по массе. Воды меньше в клетках жировой ткани (около 40 %), ещё меньше может быть в клетках покоящихся стадий (в семенах растений 5-15 % воды). Как в клетке, так и в целом в биосфере Земли вода выполняет важнейшие функции, связанные с ее уникальными свойствами. Свойства эти, в свою очередь, зависят от строения молекул воды.

Молекула воды сильно полярна[править]

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и присоединенных к нему двух атомов водорода. Связь между ними — ковалентная полярная. Электронная плотность сильно смещена в сторону кислорода, так как он имеет высокую электроотрицательность. Так как химические связи расположены в молекуле воды под углом, на одном полюсе (к которому ближе атомы водорода) сосредотачивается частичный положительный заряд, на другом (там, где находится атом кислорода) — частичный отрицательный заряд. Таким образом, молекула воды представляет собой электрический диполь.

В воде присутствуют межмолекулярные водородные связи[править]

Между молекулами воды образуются водородные связи, причём каждая молекула воды может образовать такие связи, в первом приближении, с четырьмя «соседними».

В жидкой воде молекулы хаотически движутся, и «соседство» это непостоянное; подробнее о структуре жидкой воды см. [34].

Кристаллическая структура льда Ih. Пунктирные линии — водородные связи

Во льду каждая молекула образует связи ровно с четырьмя соседними. Тем не менее, обычный природный лёд имеет гексагональную кристаллическую решётку, причём молекулы в ней упакованы менее плотно, чем в жидкой воде.

Водородные связи определяют уникальные свойства воды[править]

У воды очень высокие температуры кипения, плавления и парообразования, так как нужно затратить дополнительную энергию на разрыв водородных связей. Только вода в обычных земных условиях находится во всех трех агрегатных состояниях одновременно. Другие вещества со сходным строением и молекулярной массой, такие как H2S, HCl, NH3 при обычных условиях являются газами.

По их отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные и гидрофобные[править]

Капелька росы на гидрофобной поверхности листа

Все вещества по отношению их к воде в первом приближении делятся на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные («любящие воду») вещества обычно имеют полярные молекулы (или кристаллические решетки с ионными связями).

Многие гидрофильные вещества хорошо растворяются в воде (а если это жидкости — то смешиваются с ней в любых соотношениях). К гидрофильным веществам можно отнести поваренную соль NaCl, аммиак NH3, спирт C2H5OH.

Но многие гидрофильные вещества нерастворимы. Тогда их поверхность хорошо смачивается водой. К таким веществам относится, например, шерсть (состоящая из белка кератина), бумага (состоящая из целлюлозы) и др.

Гидрофобные («боящиеся воды») вещества плохо растворяются в воде, не смачиваются ею (а если это жидкости — то не смешиваются с ней).