«Кислые» дожди загрязняют наши озера и реки [6]

Чистая вода, контактирующая с «нормальным» воздухом, имеет рН около 5,6, а не теоретическую величину рН = 7. Это связано с тем, что воздух содержит небольшое количество газообразной СО₂ (около 0,04 %, что соответствует пар­циальному давлению 0,3 мм рт. ст.). Когда чистая вода, имеющая рН 7,0, прихо­дит в равновесие с СО₂ воздуха, в ней происходят обратимые реакции, в ходе которых образуются ионы Н+ и НСО₃^- и рН воды снижается приблизительно до 5,6. За последние сто или более лет кислотность осадков – дождей и снега в восточной части США и Северной Европе постепенно возросла в тридцать раз, что привело к снижению рН воды в озерах и реках этих областей примерно от 5,6 до величин значительно ниже 5,0.

«Кислые» дожди возникают при взаимодействии дождевой воды с содержащимися в атмосфере диоксидами серы и оксидами азота, образующимися в результате сжигания угля и нефти, содержащих небольшие количества соедине­ний серы и азота. Таким образом, дождевая вода превращается по существу в разбавленный раствор серной и азотной кислот. Тепловые электростанции и металлургические предприятия, сжигающие уголь и нефть, обычно снабжены высокими дымовыми трубами, через которые продукты сгорания вы­брасываются в атмосферу, чтобы исключить загрязнение нижних слоев воздуха, поэтому верхние слои атмосферы над огромными областями земного шара оказались загрязненными этими кислотами, выпадающими на землю в виде дождя. Иногда местные дожди могут быть особенно кислыми: во время ливней в Шотландии в 1974 г. дождевая вода имела рН 2,4 (более низкая величина, чем рН уксуса!). Вследствие «кислых» дождей вода во многих озерах Скандинавских стран, восточной части Канады, северной части Новой Англии, а также в горах Адирондака и во Флориде стала настолько кислой, что рыба в этих озерах частично или полностью погибла, так как многие виды рыб не выносят кислотности ниже рН 5. Более того, повышение кислотности воды уже вызвало нарушение неустойчивого равновесия между животными и растениями в некоторых пресноводных экологических системах. Поскольку в будущем количество сжигаемого угля увеличится, можно ожидать, что это приведет к еще большей загрязненности запасов пресной воды, если тепловые электростанции и металлургические предприятия не будут снабжены эффективными установками, предотвращающими выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

Контрольные вопросы

1. Представьте схему содержания воды в организме человека.

2. Охарактеризуйте участие воды в химических реакциях.

3. Перечислите функции воды в живых организмах.

4. Какова приспособленность живых организмов к водной среде?

5. В чем опасность «кислотных» дождей?

1.4. Аминокислоты: строение, свойства и биологическая роль

Гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- и карбоксильную группы называются аминокислотами. Общее число встречающихся в природе аминокислот достигает 100. При этом в организме человека найдено около 70 аминокислот, из которых 20 входят в состав белка. Они относятся к α-аминокислотам и называются протеиногенными (см. табл. 4).

Все 20 α-аминокислот, встречающиеся в белках, характеризуются общей структурной особенностью – наличием 2-х различных функциональных групп, связанных с одним и тем же атомом углерода. Различаются же аминокислоты только боковыми цепями (R-группами), которые у разных аминокислот неодинаковы по структуре, электрическому заряду и растворимости в воде.

Аминокислоты в молекуле белка соединены между собой пептидными связями (–СО–NH–), образуя полипептидные цепи. Пептидная связь возникает между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой, что сопровождается выделением молекулы воды. В белках различают несколько уровней структурной организации.

Все аминокислоты – амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы  —COOH, так и основные свойства, обусловленные аминогруппой  —NH₂. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:

NH₂ -CH₂ -COOH + HCl → HCl • NH₂ -CH₂ -COOH 

(гидрохлорид глицина)

NH₂ -CH₂ -COOH + NaOH → H₂O + NH₂ -CH₂ -COONa

(натриевая соль глицина)

Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, т.е. находятся в состоянии внутренних солей.

NH₂ - CH₂COOH ↔N⁺H₃ - CH₂COO^-

Аминокислоты обычно могут вступать во все реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов.

Таблица 4