Какие основные свойства воды определяют её функции?

Вода - единственное вещество на Земле, которое может быть в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

При нормальных условиях температура замерзания чистой воды равна 0 °С, а кипения - соответственно 100 °С. Максимальная плотность воды при температуре 4 °С равна 1 г/см3. С понижением температуры плотность уменьшается. Когда температура достигает точки замерзания 0 °С или опускается ниже, начинают образовываться мелкие кристаллики льда. При замерзании вода расширяется на 1/9 своего объёма, и эти кристаллики разрушают клетки. Растворение веществ в воде снижает её температуру замерзания. Поэтому в клетках растений для выдерживания низких температур накапливаются углеводы и масла, в клетках членистоногих - глицерол, в крови арктических рыб - особые белки-криопротекторы. Переход воды из жидкого в газообразное состояние требует затрат теплоты, что используется клетками и организмами для защиты от перегревания (например, транспирация у растений, потовыделение у животных). Выделяя нагретую воду и пар, они избавляются от избытка теплоты.

Вода способна поглощать большое количество теплоты с незначительным повышением собственной температуры: в этом суть её высокой теплоёмкости. Поэтому в клетках она является прекрасным «тепловым аккумулятором», предотвращая резкие изменения температуры. Вода обладает и теплопроводностью, что обеспечивает равномерное и быстрое распределение теплоты в организме.

Воде свойственно исключительно большое поверхностное натяжение, что определяется силами сцепления молекул воды между собой с образованием водородных связей. Силы притяжения между молекулами воды способствуют появлению плёнки на её поверхности, по устойчивости уступающей лишь поверхностной плёнке ртути. В живом поверхностное натяжение определяет форму клеток и их отдельных частей (например, при фагоцитозе). Молекулы воды благодаря силам сцепления между собой и с поверхностями, имеющими электрический заряд, способны «подниматься» тонкими трубчатыми отверстиями. Благодаря этому перемещаются жидкости сквозь поры клеточных стенок, по капиллярам животных и сосудам растений и т. п.

Ил. 5. Расположение молекул воды при растворении поваренной соли

Воде свойственны высокая упругость и несжимаемость, что обусловливает её значение как опоры. Эти свойства объясняют роль гидроскелета для червей, состояние напряжения в клетках растений, способствуют прохождению звуковых волн по клеткам (например, у дельфинов, кашалотов).

Для клеток большое значение имеют и химические свойства воды. Её амфотерность и способность к диссоциации (Н2О⇄Н+ + ОН-) определяют взаимодействие с основаниями, солями, кислотами и участие в реакциях для поддержания рН цитоплазмы и межклеточных жидкостей (ил. 5).

Вода как реагент участвует в биологически важных реакциях разложения соединений с участием воды - реакциях гидролиза. Эти реакции являются основой гомеостаза, обмена веществ и превращения энергии. Например, гидролиз солей с образованием кислот или щелочей имеет значение для поддержания рН в биосистемах, гидролиз белков до аминокислот обеспечивает клетки строительным материалом и т. д.

Итак, жизненно важное значение воды определяется её уникальными физико-химическими свойствами.