1.水的物理化学性质与生命的关系

水是生命的源泉。活细胞中绝大多数化学反应是在水环境中进行的。水在许多生物化学反应中是一个活泼的参与者,而且是大分子(如蛋白质)性质的重要决定因素。水之所以成为生命活动中最重要的溶剂,是由它的物理化学性质所决定的,而它的物理化学性质取决于它的分子结构,即水是一个带有氢键的极性分子。

水的极性分子结构特性决定了它有许多独特的物理性质:较高的介电常数、比热、蒸发热、沸点、熔点及抗张强度等

   水的介电常数是溶液中最高的,这就意味着按单位容积计算,没有任何溶剂能比水溶解更多种类和数量的溶质,所以水成为最理想的生物溶剂。

比热是指提高单位数量的某物质单位温度所需要的热量。水的比热在液体中排第二位(汞的比热最大),这种高比热特性意味着水的温度相对不容易发生改变,可作为热的缓冲剂,这样以水为介质的生命体系就可以维持在相对稳定的状态,使生物体少受外界温度变化的影响。

蒸发热是指在恒定温度下,使某物质由液态转变为气态所需要的热量。水的蒸发热大,能为部分脊椎动物所利用, 以汗水的蒸发作为一种冷却机制;同样,对于植物来说也是非常重要的,植物叶片通过水分蒸发消耗过多吸收的光能,从而避免温度升高对细胞造成伤害。

氢键使水的沸点高达100 ℃,所以在正常温度下,水是液体,有利于生命活动的进行。水的熔解热最高,这样在临近结冰温度时,温度下降的趋势大大降低,从而防止了零度以下的快速降温,这对于地球气温的调节以及水生生物的生存都有十分重要的意义。

物体抵抗拉力而不被拉断的能力称为抗张强度。由于水分子间的内聚力(水分子间的氢键使水分子具有的相互吸引力),水具有很高的抗张强度,因此,水柱可以抵抗外界的拉力而不会被拉断,这种特性在植物体内水和无机盐的向上运输中发挥着重要作用;即使冰的密度低于水而能漂浮水上的现象,对水生生物的生活也很重要。

水的表面张力可以维持植物导管中水流的连续性。细胞的含水量与其生理活动是否活跃常常是密切相关的。当细胞含水量充足时其生理活动常较活跃,而当含水量降低时细胞的生命活动也会减弱。植物细胞所具有的膨压也是通过水分的平衡建立起来的。

另外,水的热传导性在非金属物质中是最好的,水的黏度是较低的,水还具有渗透作用等,这些对于生命活动来说都是至关重要的。

综上所述,水是细胞中各种生物化学反应的基本介质,是生命的源泉。

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