Вода как катализатор
Любому начинающему химику известна выдающаяся роль воды в химии. Вода — самый простой, доступный и универсальный растворитель. Однако мало кто знает о том, что вода может выступать и в качестве катализатора твердофазной реакции. Это реакция алюминия с иодом.
Для проведения опыта в фарфоровый тигель насыпают по щепотке тонко измельченных порошков алюминия и иода. Вся посуда и инструменты должны быть сухими! Смесь осторожно перемешивают подходящими шпателем или стеклянной палочкой. Затем с добавляют в реакционную смесь каплю воды с помощью пипетки. Наблюдается бурная реакция, сопровождаемая выделением паров ибытка иода.
Примечание: порошок алюминия должен быть очень тонким, почти пылью, в противном случае реакционная смесь может «плюнуть» прямо Вам в лицо раскаленной алюминиевой крошкой. В любом случае, опыт лучше проводить в очках.
Вода как каталитическая среда
Ключевым моментом научного раскрытия жизнеобразующей функции воды является изучение ее роли в химических и более сложных биохимических процессах, составляющих основу жизни. В связи с этим возникает важная и ответственная задача изучения физико-химического механизма, определяющего ранее неизвестное фундаментальное качество воды — ее каталитические свойства. Такой подход впервые научно объясняет разнообразные чудесные влияния разных вод на жизненные процессы. Но что такое каталитические свойства воды, и почему они до сих пор не привлекали пристального внимания исследователей? Традиционно вода считалась всего лишь пассивной средой (чистой либо чем-то загрязненной), в которой варится «бульон жизни». Известно, что вода окружает макромолекулы и биологические ткани и формирует их пространственную структуру, за счет своей высокой полярности она вызывает диссоциацию на ионы растворенных в ней солей, вода растворяет многие органические соединения. В отношении же протекающих в ней биохимических реакций вода продолжает рассматриваться в качестве обычного растворителя, подобно многим другим органическим растворителям, которые в определенных случаях могут включаться в химические реакции как простые реагенты, но не как катализаторы, ускоряющие биохимические процессы.
Мы выдвигаем новое положение, согласно которому вода — активный участник, катализатор (ускоритель) биохимических процессов, причем каталитическая функция воды имеет действительно фундаментальный характер и принципиальным образом раскрывает роль воды в формировании биогеосферы нашей планеты на всех этапах ее развития. Явление катализа в химии широко известно, оно заключается в способности определенных соединений — катализаторов (ферментов — в живых организмах) — резко снижать энергетические барьеры и увеличивать скорости химических и биохимических реакций. Природой созданы удивительные соединения — ферменты, которые обеспечивают гигантское ускорение биохимических реакций — до 10 11 раз! Можно с уверенностью говорить о том, что не будь ферментов — не было бы и жизни в современной высокоорганизованной форме. Однако явление катализа оставалось малоизученным на уровне фундаментальных физико-химических процессов.
Катализ в водных системах является, как мы уже отмечали, частным случаем разработанной нами новой общей теории катализа. Эта теория, объясняющая механизмы каталитических реакций, в том числе и ферментативных биохимических реакций в воде, впервые рассматривает последовательный перенос двух элементарных частиц — электрона и протона [1].
В традиционной, общепринятой теории кислотно-основного катализа основополагающим элементарным процессом считается перенос протона [2]. Эти воззрения восходят к первым работам Ж. Н. Бренстеда (J. N. Bronsted) и К. Педерсена [3, 4], в которых установлен каталитический закон в виде простых выражений для кислоты:
где , — константы скорости реакции, — константа диссоциации кислоты, , —константы; индексы и относятся к кислоте, и — к основанию.
Уравнения (3.1а) и (3.16) обычно представляют в линейной логарифмической форме:
Линейные зависимости (3.2а) и (3.26) получены для ряда систем и большого числа кислот и оснований, но эти зависимости не являются универсальными. В работах Р.П.Белла [5, 6], по-видимому, впервые было выдвинуто положение, согласно которому в основе кислотно-основного катализа лежит перенос протона, причем широко распространено мнение, что «разрыв ковалентной связи происходит намного легче, если одна из участвующих в реакции молекул находится в протонированном состоянии» [2]. В рамках общего кислотно-основного катализа трактуется и биологический ферментативный катализ, чрезвычайно высокая эффективность которого объясняется большой концентрацией кислот и оснований в активном центре фермента и правильной ориентацией реагирующих групп [2].
Принципиально иной подход к механизму кислотно-основного катализа развит в наших работах [1, 7—11], где показано, что в основе каталитической, как и всякой другой химической реакции, лежит перенос (возбуждение) электрона, а перенос протона или водородная связь облегчают, катализируют перенос электрона. Мы полагаем, что перенос протона, или протонирование молекулы, сам по себе не вызывает разрыва химической связи, а действительный разрыв связи наступает только в результате последующего переноса (возбуждения) электрона, приводящего к образованию химически активных радикальных частиц. Перенос протона (или водородная связь) и перенос электрона в электронновозбужденном состоянии совместно определяют фундаментальный электронно-протонный эффект, суть которого заключается в огромном снижении энергии электронновозбужденных состояний молекулярных комплексов (ассоциатов) вплоть до термических значений в результате взаимосвязи движений (переносов) электрона и протона.
Подробнее об этом читайте в моих книгах, в частности, в книге «Вода — родник жизни».
Вода как катализатор
Вода взаимодействует со многими металлами. Со щелочными и щелочноземельными металлами эта реакция протекает уже при комнатной температуре. Менее активные металлы разлагают воду при повышенной температуре, например, Мg и Zn – выше 100 0 С; Fe – выше 600 0 С.
При взаимодействии с водой многих оксидов образуются кислоты или основания .
Вода может служить катализатором , например, щелочные металлы и водород реагируют с CI2 только в присутствии следов воды.
Иногда вода – каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе NH3.
Универсальный растворитель
Роль воды как главного и универсального растворителя определяется, прежде всего, полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические заряды, и в частности ионы , притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих трудно-растворимых веществ: капля камень точит.
Еловских Роман 8 А класс 2006 год Лицей 590 Санкт-Петербург eHTeP1k@yandex.ru
Вода как катализатор
Пить, чтобы жить: три главные функции воды
18 сентября – Всемирный день мониторинга качества воды. Рассказываем, в каких жизненно важных процессах она участвует.
Вода – важнейшая составная часть любого живого организма. Ее роль можно описать как пластическую и структурную. В организме взрослого человека содержание воды доходит до 65% от массы тела. Она присутствует во всех тканях, участвует в их формировании. 70% находится внутри клеток, 7% приходится на кровь и лимфу, остальное – межклеточная жидкость.
Чтобы пополнять запасы живительной влаги, есть только один путь – брать воду из различных напитков и продуктов питания. Лишь небольшое количество ее образуется в организме при окислении белков, жиров и углеводов.
Какие же важные функции выполняет вода в нашем организме?
- Высокоэффективный катализатор. Несмотря на простую химическую формулу, вода участвует во многих жизненно важных реакциях. Она «двигает» процессы метаболизма, например цикл Кребса. Это серия химических реакций получения углекислого газа и соединения, богатого энергией (аденозинтрифосфат, АТФ). Процесс происходит во всех клетках, которые используют кислород в процессе дыхания. Кроме того, вода аккумулирует тепло, участвует в процессах теплорегуляции (потоотделения).
- Универсальный растворитель. С помощью воды различные нутриенты и питательные вещества попадают в организм в виде растворов, а продукты обмена выводятся из него. Также вода участвует в процессе гидролиза (распада) жиров и углеводов, расщеплении белков до аминокислот, поддерживает водно-солевой баланс организма. Растворы минеральных солей, таких как соли натрия, калия, хлора и других, необходимы для стабильного осмотического давления тканей и крови. Даже незначительные изменения этого фактора способны привести к самым тяжелым последствиям для человека.
- Катаболическая функция.Вода выводит токсичные продукты метаболизма из клеток, переправляя их в различные органы и системы для окончательного удаления из организма. Например, в сутки через почки выводится 1,5 литра отработанной воды; через легкие – 0,4 л; через кишечник – 0,2 л; через кожу – 0,5 л. Эти цифры не постоянны и меняются в разном климате, при увеличении физических нагрузок и так далее.
Как видим, вода принимает непосредственное или косвенное участие во всех жизненно необходимых процессах: расщепление, всасывание, окисление, фильтрация, выведение и многих других. Чтобы нормально жить, в среднем взрослому необходимо не менее 1,5 л чистой питьевой воды в сутки. Еще до 1,5 л требуется получать из твердой и жидкой пищи, а также с разными напитками. И если без еды человек может прожить около месяца, то обезвоживание, а затем и смерть наступят через 3–7 суток.
Как узнать, хватает ли организму воды?
Для этого достаточно сдать общий анализ крови. В нем есть показатель – гематокрит (Ht). Его увеличение или уменьшение и покажет ваш «водный» статус. Если Ht выше нормы, значит, наблюдается недостаток влаги. Если показатель занижен – воды больше, чем нужно.
- ГЛАВНАЯ
- ОБ УПРАВЛЕНИИ
- Руководство
- Функции и полномочия
- Структура
- Территориальные отделы
- Информация о работе общественной приёмной
- Профилактика инфекционных заболеваний
- Санитарный надзор
- Защита прав потребителей
- Судебная практика
- Таможенный союз
- Информация для предпринимателей
- Вопросы и ответы
- Информация о санитарно-карантинном контроле в пунктах пропуска государственной границы Российской Федерации
- Совет молодых учёных и специалистов Роспотребнадзора
- О работе аттестационной комиссии по присвоению квалификационных категорий медицинским работникам
- О целевом приеме на медико-профилактический факультет ГОУ ВПО «Первый Московский медицинский университет им. И.М.Сеченова»
- Федеральные законы (сайт Федеральной службы)
- Постановления Правительства РФ (сайт Федеральной службы)
- Санитарные правила (сайт Федеральной службы)
- Административные регламенты
- Постановления
- Приказы
- Коллегии Управления
- Ведомственнные целевые программы
- Образцы форм заявлений для юр.лиц и индивидуальных предпринимателей
- Информационные материалы
- Прочие
- Заседания общественного совета
- Горячая линия
- Анонсы событий
- Пресс-релизы
- Публикации СМИ
- Нормативная база
- Вакансии
- Комиссия по соблюдению требований к служебному поведению и урегулированию конфликта интересов