Referate in domeniul biofizicii: 1 Apa in sistemele biologice

2 Forme de energie in sistemele biologice

Universitstea de Ştiinte Agricole si Medicina Veterinara Facultatea : Controlul si expertiza produselor alimentare Grupa: 3b

20.11.2009

Apa in sistemele biologice

Apă, substantiv feminin (o apă, două ape, atunci când nu este folosit defectiv de plural), lichid inodor, insipid şi incolor, de cele mai multe ori, sau uşor albăstrui sau chiar verzui în straturi groase. Apa este o substanţă absolut indispensabilă vieţii, indiferent de forma acesteia, fiind unul dintre cei mai universali solvenţi. Apa este un compus chimic al hidrogenului şi al oxigenului, având formula chimică brută H2O (vedeţi , una din substanţele cele mai răspândite pe planeta Pământ, formând unul din învelişurile acesteia, hidrosfera.

În diferite limbi, cuvântul apă este echivalent cu aqua în latină, acqua în italiană, agua în spaniolă, aigua în catalonă, Wasser în germană, water în engleză şi neerlandeză, vand în daneză, ur în bască, ş.a.m.d..

Pe Pământ, apa există în multe forme, în cele mai variate locuri. Sub formă de apă sărată există în oceane şi mări. Sub formă de apă dulce în stare solidă, apa se găseşte în calotele polare, gheţari, aisberguri, zăpadă, dar şi ca precipitaţii solide, sau ninsoare. Sub formă de apă dulce lichidă, apa se găseşte în ape curgătoare, stătătoare, precipitaţii lichide, ploi, şi ape freatice sau subterane. În atmosferă, apa se găseşte sub formă gazoasă alcătuind norii sau fin difuzată în aer determinând umiditatea acestuia. Considerând întreaga planetă, apa se găseşte continuu în mişcare şi transformare, evaporarea şi condensarea, respectiv solidificarea şi topirea alternând mereu. Această perpetuă mişcare a apei se numeşte ciclul apei şi constituie obiectul de studiu al meteorologiei şi al hidrologiei.

Apa care este potrivită consumului uman se numeşte apă potabilă. Conform standardului din ţara noastră, pentru ca apa să fie potabilă sestonul nu trebuie să depăşească 1ml/m³. Pe măsura creşterii populaţiei umane, de-a lungul timpului, şi a folosirii intensive şi extensive a resurselor de apă susceptibile de a furniza apă potabilă, problema apei utilizabile a devenit o problemă vitală a omenirii. este substanţa chimică cea mai larg raspândită pe glob, ocupând cca. 70% din suprafaţa planetei. Organismele vii au, de asemenea, un conţinut în apă de acelaşi ordin de mărime (50% formele sporulate ale bacteriilor, 97% celenteratele) şi se consideră că viaţa a

2

apărut în mediul acvatic. Starea de agregare a apei este, la temperaturile la care organismele vii îşi desfăşoară existenţa, preponderent cea lichidă. De aceea vor fi prezentate mai întâi câteva aspecte privind proprietăţile lichidelor.

 .

Structura şi proprietăţile moleculei de apăO moleculă de apă - H2O - conţine 2 atomi de hidrogen şi un atom de oxigen, dispuşi ca

în figură. Oxigenul este legat covalent de cei doi atomi de hidrogen, unghiul dintre

legături fiind 1050, iar lungimea legăturii de 0,99 Å.

Electronii moleculei de apă, în total 10, sunt repartizaţi în modul următor (figura, figura):

- 2 electroni în apropierea oxigenului;

- 2 perechi care se rotesc pe două orbite aflate în plan perpendicular pe planul moleculei

de apă, având nucleul de oxigen în focare. Aceştia se numesc electroni neparticipanţi

deoarece nu participă la legătura covalentă;

- 2 perechi de electroni care se rotesc pe două orbite ce înconjoară legătura dintre oxigen

şi hidrogen, în planul moleculei de apă (planul format de cele trei nuclee). Prin aceşti

electroni se realizează legătura covalentă.

Această dispunere a orbitelor determină structura tetraedrică a moleculei de apă, cu

nucleul oxigenului în centru şi cei doi protoni, respectiv cele două perechi de electroni

neparticipanţi în vârfuri (figura).

 Proprietăţi moleculare

3

Forme de apă

Fulgi de zăpadă de Wilson Bentley, 1902 Vedeţi Categorie:Forme de apă.

Apa se găseseşte sub diverse forme în natură: vapori de apă şi nori în atmosfera, valuri şi aisberguri în oceane, gheţari la latitudini mici sau altitudini mari, acvifere sub pământ, râuri sau lacuri. Circuitul apei în natură este fenomenul prin care apa este transferată dintr-o forma într-alta, prin evaporare, precipitaţii şi scurgeri de suprafaţă.

Datorită importanţei pe care o are (în agricultură, dar şi pentru omenire in general), apei i s-au dat diverse nume in funcţie de formele pe care le ia. Ploaia e cunoscută în majoritatea ţărilor, pe când alte forme sunt mai puţin întâlnite, şi pot fi surprinzătoare când sunt văzute prima dată. Exemple sunt: grindina, zăpada, ceaţa, roua sau chiciura. Un fenomen conplex este curcubeul, întâlnit atunci cand lumina se refractă prin particulele de apă din atmosferă.

Apa de la suprafaţa globului joacă roluri importante in evoluţia umană; râurile şi irigaţiile asigură aportul de apă pentru agricultură, sunt suport pentru transportul maritim sau fluvial, fie comercial sau de agrement. O apă cu insuficienţi nutrienţi se numeşte oligotrofă. Scurgerea apei pe suprafaţa terestră este mecanismul prin care eroziunea sculptează mediul natural, duce la crearea văilor şi deltelor cu suprafeţe fertile favorabile dezvoltării de centre umane.

De asemenea, apa se infiltrează in sol, ajungând în pânza de apă freatică. Această apă freatică ajunge din nou la suprafaţă sub forma izvoarelor, sau a izvoarelor termale şi gheizerilor. Apa freatică este de asemenea extrasă artificial prin puţuri şi fântâni.

Deoarece apa poate conţine numeroase substanţe diferite, poate avea gusturi sau mirosuri foarte diferite. De fapt, oamenii şi alte animale şi-au format simţurile pentru a

4

putea evalua calitatea apei: de obicei, animalele evită apa cu gust sărat (apă de mare) sau putred de mlaştină preferând apa unui izvor montan sau apa freatică.

Proprietăţile fizice ale apei. Apa are proprietăţi fizice speciale, care se explică prin caracterul ei dipolar şi prin capacitatea de a forma legături de H. Dintre cele mai importante pentru sistemele biologice se pot menţiona: căldură specifică mult mai mare decât cea a oricărei substanţe solide sau lichide; este foarte importantă în procesele de termoreglare la nivelul organismului viu. De exemplu, eforturi musculare intense ar putea duce la o supraîncălzire.-conductibilitate termică de câteva ori mai mare decât cea a majorităţii lichidelor : “amortizor termic” al apei în organism;căldură latentă de vaporizare mult mai mare decât a altor lichide: factor determinant al homeotermiei (răcirea corpului prin evaporare pulmonară şi transpiraţie)densitate maximă la 40C - importantă pentru viaţa acvatică;constantă dielectrică foarte mare - favorizează disociaţia electrolitică; tensiune superficială mare (fenomene interfaciale, capilaritate).

Starilele de agregare ale apeiCorpurile lichide se pot afla in stare solida lichida sau gazoasa.Ele pot trece trece dintr-o

stare in alta. La o temperetura scazuta se transforma in solid, iar la o temperature ridicata

se transforman vapori. Cand gheata se topeste,apa trece din stare solida in stare lichida

iar.cand fierbe, se transforma in gaz, adica vapori. Trecerea unui corp din strare solida in

stare lichida si din stare lichida in stare gazoasae face prin incalzireire, care furnizeaza

energie calorica intensificand astfel agitatia moleculara.

5

3. Structura moleculară a apei solide şi a apei lichide

Legătura de hidrogen

Distribuţia asimetrică a electronilor, cu o densitate maximă în apropierea nucleului de

oxigen, determină o separare parţială a centrelor sarcinilor pozitive, respectiv negative. În

timp ce centrul de masă al sarcinilor pozitive este aproximativ la mijlocul distanţei dintre

cei doi protoni (figura), cel al sarcinilor negative este în zona oxigenului. Molecula de

apă se comportă, deci, ca un dipol, având un moment dipolar de 1,858 Debye @ 6,2 ×10-

30 Cm. De aceea, molecula de apă se orientează în câmp electric şi apa are o constantă

dielectrică mare.

În acelaşi timp, între moleculele de apă apar legături Van der Waals de tip dipol

permanent - dipol permanent. Prin forţele de atracţie care apar între extremităţile

moleculelor cu sarcini de semn opus, se produce o apropiere a moleculelor şi o

suprapunere parţială a norilor electronici, electronii neparticipanţi ai unei molecule se pot

roti şi în jurul unui nucleu de hidrogen al altei molecule. Apare o legătură de hidrogen

6

(punte de hidrogen) între două molecule vecine. Această legătură este o legătură

coordinativă, în care distanţa dintre nucleul de oxigen al unei molecule şi nucleul

hidrogenului din cealaltă moleculă este de 1,76 Å. Apare un comportament cooperativ, în

sensul că, legarea unei molecule facilitează legarea alteia etc. O moleculă de apă poate

lega coordinativ alte 4 molecule (figura). Pe baza acestei legături se formează structuri

supramoleculare (gheaţa - stare cristalină, apa lichidă - microcristalină cu diferite grade

de asociere).

 

Modele ale structurii apei în starea lichidă.

  Trecând de la starea solidă caracterizată printr-o reţea cristalină de prisme hexagonale

(figura, figura) (fiecare moleculă coordinează alte 4 molecule), în starea lichidă, apa

capătă o structură complexă, în care existenţa legăturilor de H îi conferă anumite

proprietăţi speciale.

Pentru a le explica s-au elaborat câteva modele care, însă, nu reuşesc să clarifice

complet caracteristicile şi proprietăţile apei. Ele pot fi utile pentru o descriere a

comportamentului apei în unele situaţii. Dintre acestea:

Modelul reţelei cristaline parţial distruse - datorită agitaţiei termice, unele

legături de H se rup - apar domenii microcristaline între care circulă moleculele libere.

Între 00 - 40C densitatea creşte datorită pătrunderii moleculelor de apă şi printre ochiurile

microreţelelor intacte.

Modelul grămezilor temporare - se bazează pe ipoteza cooperativităţii legăturilor

de H. Formarea unei legături de H facilitează formarea altora şi invers, ruperea facilitează

desprinderea altor molecule. Apa - grămezi de molecule, formarea şi distrugerea lor

succedându-se cu mare rapiditate (figura).

  Modelul clatraţilor - în anumite condiţii o moleculă de apă se poate comporta ca o

moleculă hidrofobă, devenind centrul unui dodecaedru cu feţe pentagonale, în colţurile

căruia se află molecule de apă - clatrat (figura).

Modelul legăturilor flexibile - rearanjarea moleculelor de apă se face nu prin ruperea, ci

prin îndoirea legăturilor de H.

7

Structura şi rolul apei în sistemele biologice Organismul uman are un mare conţinut în apă (65-70%). O mare parte a apei din

organism manifestă proprietăţi fizice deosebite: se evaporă foarte greu, îngheaţă la

temperaturi mult sub 00C, nu dizolvă cristaloizii, nu participă la osmoză - aceasta este apa

legată. Problema apei în structurile vii nu este complet elucidată. Existenţa apei legate se

explică prin prezenţa unui mare număr de specii moleculare, macromoleculare şi ionice,

care structurează apa din jur. O mare parte a apei intracelulare prezintă un grad superior

de odonare. Această ordonare are un rol important în desfăşurarea proceselor celulare

(excitaţie, contracţie, diviziune, secreţie etc). O serie de studii au arătat ca apa este

“compartimentalizată”: există apă liberă, apă parţial legată şi apă legată, fiecare din

aceste compartimente având proprietăţi specifice. Dată fiind importanţa apei în

desfăşurarea proceselor biologice, există un mare număr de tehnici care permit studiul

proprietăţilor acesteia în organismul viu.

 Conservarea produselor alimentare constituie o verigă importantă în asigurarea calităţii acestora. Modalităţile prin care se realizează acest deziderat cuprind o gamă largă de tehnici .una dintre acestea este reducerea conţinutului de apă (eliminarea a 60- 70% din apa de constituţie)prin: uscare şi uscare-afumare;deshidratare, liofilizare. Deshidratarea se realizează prin evaporarea apei care ajunge treptat la suprafaţa produsului supus deshidratării până la valoarea aw < 0,7 care să împiedice dezvoltarea microorganismelor. În funcţie de natura aportului de căldură, uscarea poate fi:prin convecţie – de la agent la produs;prin conducţie –prin produs;prin radiaţie – de la surse exterioare;încălzire în dielectric (uscare cu curenţi de înaltă frecvenţă, microunde).După modul în care se execută îndepărtarea vaporilor se deosebesc: uscare în aer;uscare în vid; uscare prin convecţie la presiune atmosferică (cea mai utilizată în practica industrială) – se poate realiza în următoarele variante : uscare clasică – în camere, tunele, cu benzi;uscare în strat vibrator – variantă a uscării prin fluidizare ( produse bucăţi sau granule);uscare în strat fluidizat – legume feliate, cereale, sare, făină, zahăr, carne cuburi.uscare în strat de spumă – materialul lichid adus în strat de piure ( prin concentrare sub vid prealabilă) este amestecat cu o substanţă emulgatoare şi transformat într-o spumă prin insuflare de gaz inert sub presiune (azot). Această spumă se aplică pe o suprafaţă netedă (bandă) şi este uscată cu aer cald. Spuma uscată sub formă de foaiespongioasă este măcinată şi transformată în pulbere fină. Se aplică la sucuri şi piureuri de fructe şi legume, infuzie de cafea, ceai, extractele de carne, ouă, brânzeturi. Are următoarele variante : uscare în fileu subţire de spumă, în strat (străpuns de spumă);uscare prin dispersie – a produselor lichide, piureuri, paste – nu se aplică produselor solide. Se realizează la temperatură ambiantă într-o incintă de deshidratare cu ajutorul unui curent de gaz uscat (N2) în circuit închis. Se păstrează în întregime principiile nutritive şi proprietăţile senzoriale ale produsului iniţial;uscare prin pulverizare, cu

8

variantele :uscare prin pulverizare cu spumă;uscare prin pulverizare în aer la temperatură ambiantă (procedeul Birs) – aplicată produselor lichide şi semilichide; uscarea prin conducţie la presiune atmosferică – se realizează prin contactul produsului cu o suprafaţă fierbinte, având astfel loc evaporarea apei. Produsul se îndepărtează de pe suprafaţă prin radere cu un cuţit. Uscătoarele folosite sunt de tip tambure rotative, iar produsele care se pot usca sunt într-o stare lichidă concentrată şi cu structură granulară. Dezavantajele sunt majore, cu influenţă negativă asupra produsului uscat: solubilitate scăzută (proteine denaturate), culoare modificată (reacţia Maillard, caramelizare), valoare alimentară redusă, iar produsele necesită o măcinare ulterioară; uscare sub presiune – se realizează în strat de spumă şi în strat subţire (peliculă) şi are următoarele avantaje: calităţi senzoriale şi nutriţionale superioare ale produselor datorită temperaturii mai scăzute de uscare şi a lipsei oxigenului.Alte procedee particulare de uscare sunt: uscare cu radiaţii infraroşii;uscare cu microunde;uscare favorizată de ultrasunete;uscare azeotropă; uscare parţial osmotică.Procedeele de conservare combinate cu uscarea, mai des utilizate în industrie, sunt : uscare combinată cu blanşare – la fructe;uscare combinată cu blanşare şi expandare – cartofi, morcovi, rădăcinoase felii; uscare combinată cu încălzire – expandare; uscare combinată cu expandare prin extrudare termoplastică; dehidrocongelarea –scăderea umidităţii până la 50% la congelare; criodeshidratarea – liofilizare.

6. Tehnici fizice de studiu al apei în sistemele biologice

 Tehnici distructive

Tehnicile de congelare sunt utilizate pentru determinarea punctului de îngheţ: apa legată

îngheaţă la temperaturi mai scăzute decât apa liberă.Tehnicile de deshidratare permit

studiul compartimentalizării apei: se pierde întâi apa liberă şi apoi cea legată.

. Tehnici nedistructive

 Spectrofotometria în IR (infraroşu) poate da informaţii privind mişcarea moleculelor de

apă legată prin reţeaua de apă lichidă.

Calorimetria indică modificarea capacităţii calorice a apei în funcţie de gradul ei de

organizare.

Măsurarea relaxării dielectrice: orientarea dipolilor apei în câmp electric poate da

indicaţii cu privire la interacţiile cu diferite tipuri de solviţi.

RMN (rezonanţa magnetică nucleară) poate da informaţii despre starea apei (structurii

ei) prin măsurarea timpilor de relaxare magnetică nucleară (nucleul atomic - dipol

magnetic - tranziţiile cuantice ale momentelor magnetice în cazul nucleelor de H2 depind

de starea liberă sau legată a moleculelor de apă. Constanta de timp de revenire dintr-o

stare excitată - timp de relaxare).

9

Tomografia RMN permite stabilirea unor modificări patologice ale structurării

apei.

Deuterizarea – prin înlocuirea apei (H2O) cu apă grea (D2O) se produc diverse

modificări în structura şi funcţia unor biosisteme. Legăturile de deuteriu sunt mai

puternice decât legăturile de hidrogen - creşte gradul de ordonare în interiorul unor

structuri (de exemplu macromolecule). Deuterizarea induce: blocarea transportului activ

prin membrane, dispariţia contractilităţii, inhibarea diviziunii celulare. Aceste efecte se

numesc efecte izotopice şi ele sunt funcţie de gradul de deuterizare. Se poate studia

compartimentalizarea apei – constantele de viteză ale diferitelor procese în care este

implicată apa diferă în apa grea de cele care au loc în apa normală. În concentraţii foarte

mici este posibil ca D2O să aibă efect hormetic .

Regularizarea distribuţiei apei

Apa potabilă este de obicei colectată la izvoare sau este extrasă din puţuri artificiale. Construirea mai multor asemenea puţuri ar fi o metodă pentru a produce mai multă apă, presupunând că pânza de apă freatică poate să asigure un debit adecvat. Alte surse de apă sunt ploile şi apa din râuri şi lacuri. Apa de suprafaţă trebuie însă purificată înaintea consumului de către om. Purificarea implică îndepărtarea substanţelor nedizolvate sau dizolvate, precum şi a bacteriilor periculoase. Cele mai folosite metode sunt filtrarea cu nisip, pentru îndepărtarea materiilor nedizolvate, şi tratarea cu clor şi fierberea pentru uciderea bacteriilor periculoase. Distilarea îndeplineşte toate cele trei sarcini. Există şi tehnici mai avansate, precum osmoza inversă. Desalinizarea apei sărate din mări şi oceane este o soluţie mai scumpă utilizată în climatele aride de coastă. Distribuţia apei potabile are loc fie printr-un sistem de distribuţie, fie îmbuteliată. În multe ţări există programe de distribuire gratuită a apei în caz de necesitate. Reducerea risipirii apei, adică utilizarea apei potabile doar pentru consumul uman, ar fi o altă soluţie. În unele oraşe, precum Hong Kong, apa de mare este folosită pe scară largă, de exemplu la toalete, în scopul conservării resurselor de apă potabilă. Poluarea apei ar putea fi cel mai mare consumator inutil de apă, risipind această resursă, indiferent de beneficiile aduse poluatorului. Medicamentele consumate de oameni ajung deseori în canalizare şi au efecte negative asupra vieţii acvatice dacă se acumulează şi nu sunt biodegradabile.

Apa ca o sursă preţioasăDatorită creşterii populaţiei mondiale şi a altor factori, tot mai puţini oameni

beneficiază de apă potabilă. Problema apei poate fi rezolvată prin creşterea producţiei, o

distribuţie mai bună, şi nerisipirea resurselor deja existente. Din acest motiv, apa este o

resursă strategică pentru multe ţări. Au existat de-a lungul timpului mai multe conflicte

10

Oameni stînd la coadă pentru apă în timpul asediului de la Sarajevo.

pentru accesul la apă şi controlul acesteia.O cronologie a conflictelor legate de apă

Experţii prevăd mai multe conflicte viitoare din cauza creşterii populaţiei mondiale şi

creşterii contaminării prin poluare şi încălzire globală.

Raportul UNESCO despre dezvoltarea apei (WWDR, 2003) din cadrul Programului de Evaluare a Apei pe Plan Mondial arată că, în următorii 20 de ani, cantitatea de apă potabilă disponibilă va scădea cu 30%. 40% dintre locuitorii lumii nu au apă curată suficientă pentru o igienă minimală. Peste 2,2 milioane de oameni au murit în 2000 de boli legate de consumul de apă contaminată sau din cauza secetei. În 2004, o organizaţie engleză, WaterAid, a raportat că un copil moare la fiecare 15 secunde din cauza bolilor legate de apă ce ar putea fi uşor prevenite.

Se prevede că apa ar putea deveni preţioasă precum petrolul, lucru care ar face din Canada, ce are această resursă din abundenţă, cea mai bogată ţară din lume.

În 2005 în SUA preţurile mari ale benzinei au provocat îngrijorare şi au existat temeri pentru o criză globală, însă consumatorii nu ezitau să plătească preţuri duble pentru aceeaşi cantitate, dar de apă îmbuteliată.

Apa potabilă este mai valoroasă decât oricând în istoria noastră, fiind folosită extensiv în agricultură şi industrie, şi primeşte din ce în ce mai multă atenţie pentru a fi folosită judicios pentru generaţiile viitoare.

Apa în biologie şi civilizaţia umană

Din punct de vedere biologic, apa are numeroase proprietăţi indispensabile proliferării vieţii, care o deosebesc de celelalte substanţe. Apa îşi îndeplineşte acest rol, permiţând compuşilor organici să reacţioneze în moduri care să permită în cele din urmă replicarea. Este un bun solvent şi are o tensiune superficială ridicată, permiţând astfel mişcarea compuşilor organici şi a organismelor vii. Apa proaspătă are densitatea maximă la 4°C, această densitate scăzând pe măsură ce apa se răceşte, se încălzeşte sau îngheaţă. Fiind o moleculă polară stabilă dominantă în atmosferă, joacă un rol important în absorbţia radiaţiei infraroşii, crucială în cadrul efectului de seră, fără de care temperatura medie la suprafaţa Terrei ar fi de -18° Celsius. Apa are de asemenea o căldură specifică neobişnuit de mare, care joacă mai multe roluri în reglarea climatului global şi regional, precum Curentul Golfului, permiţând existenţa vieţii. Deoarece absoarbe foarte mult infraroşiile, are o foarte uşoară nuanţă albastră, datorită eliminării unei mici cantităţi de lumină roşie care o traversează. Culoarea albastră poate fi observată numai când apa este în cantitate mare, de exemplu în lacuri, mări sau oceane.

Apa este un foarte bun solvent, similar din punct de vedere chimic cu amoniacul, şi dizolvă multe tipuri de substanţe, precum diferite săruri şi zahărul, şi facilitează reacţiile chimice ale acestora, lucru care permite metabolismele complexe.

11

Unele substanţe însă nu se amestecă cu apa, cum e de exemplu petrolul, şi alte substanţe hidrofobe. Membranle celulare, compuse din lipide şi proteine, profită de această proprietate, controlând interacţiunea dintre ele şi mediul extern. Acest lucru este uşurat de tensiunea superficială a apei.

Picăturile de apă sunt stabile datorită tensiunii superficiale mari datorată puternicelor forţe intermoleculare numite forţe de coeziune. Acest lucru este evident atunci când mici cantităţi de apă ajung pe o suprafaţă insolubilă, precum polietena: apa rămâne sub formă de picături. Totuşi, pe sticlă extrem de curată apa formează o peliculă subţire deoarece forţele dintre moleculele de apă şi de sticlă (forţele de adeziune) sunt mai mari decât forţele de coeziune. Acest lucru este foarte important în cadrul transpiraţiei plantelor.

În celulele şi organismele biologice, apa se află în contact cu suprafeţele membranoase proteice care sunt hidrofile, adică prezintă o puternică atracţie pentru apă. Langmuir a observat o puternică forţă de respingere între suprafeţele hidrofile. Pentru a deshidrata suprafeţele hidrofile este necesar un efort deosebit pentru învingerea acestor forţe, numite forţe de hidraţie. Aceste forţe sunt foarte puternice, dar valoarea lor scade rapid pe distanţe mai mici de un nanometru. Importanţa lor în biologie a fost studiată de Parsegian. Prezintă importanţă în special atunci când celulele sunt deshidratate prin expunerea la atmosferă uscată sau la îngheţ extracelular.

O proprietate simplă, dar unică şi extrem de importantă pentru mediu, este că în forma sa solidă, de gheaţă, pluteşte pe lichid. Forma solidă a apei are o densitate mai mică decât a apei lichide, datorită geometriei punţilor de hidrogen care se formează doar la temperaturi mai joase. Pentru aproape toate substanţele şi pentru toate celelalte 11 stări neobişnuite ale apei, cu excepţia gheţii-XI, starea solidă este mai densă decât cea lichidă. Apa proaspătă este cel mai densă la 4°C, şi se va scufunda prin convecţie pe măsură ce se răceşte la acea temperatură, iar dacă se răceşte în continuare se va ridica. Datorită aceste proprietăţi, apa de adâncime va fi mai caldă decât apa îngheţată, de suprafaţă, astfel încât gheaţa se va forma începând de la suprafaţă şi se va extinde în jos, iar cea mai mare parte a apei de dedesubt va rămâne constantă la 4°C. Astfel, fundul unui lac, mare sau ocean este practic izolat de frig, permiţând supravieţuirea speciilor de animale.

Deşi acest comportament poate părea banal, trebuie subliniat că aproape toate celelalte substanţe chimice sunt mai dense în stare solidă şi îngheaţă de la fund spre suprafaţă.

Viaţa pe Pământ a evoluat şi s-a adaptat acestor proprietăţi ale apei. Existenţa formelor solidă, lichidă şi gazoasă ale apei pe Pământ a reprezentat un factor important pentru colonizarea diferitelor medii ale planetei de către forme de viaţă adaptate variatelor, şi adesea extremelor, condiţii de viaţă.

În istorie, civilizaţiile s-au dezvoltat cu precădere pe malurile râurilor sau mărilor; Mesopotamia, aşa-numitul leagăn al civilizaţiei este situată între două râuri, Egiptul antic a înflorit pe malurile Nilului, iar marile metropole, precum Londra, Paris, New York şi Tokio îşi datorează succesul în parte accesibilităţii oferite de situarea lângă o apă, şi înflorirea comercială rezultată. Insulele cu porturi sigure, precum Singapore şi Hong Kong, s-au dezvoltat tocmai din acest motiv. În locuri precum Africa de Nord şi Orientul Mijlociu, unde apa nu se găseşte în

12

abundenţă, accesul la apă potabilă a fost şi este o mare problemă în dezvoltarea comunităţilor umane.

O greşeală des întâlnită este aceea că apa este un bun conductor de electricitate. Toate proprietăţile electrice ale ape se datorează ionilor sărurilor minerale dizolvate în ea şi dioxidului de carbon dizolvat în ea. Apa prezintă auto-ionizare (două molecule de apă se transformă într-un anion de hidroxid şi un cation de hidroniu) însă doar la un nivel aproape imperceptibil.

Bibliografie:

Portalul UNESCO al apei UNESCO-IHE Institutul pentru Educaţie în probleme legate de apă Raportul ONU de Dezvoltare a Apei pe Plan Mondial Informaţii istorice şi

date legate de apă Să cunoaştem apa Diagrame de fază a apei Banu, C, Vizireanu, C., Lungu, C. Principii de conservare, Universitatea

„Dunărea de Jos”, Galaţi, 1996 Encyclopaedia of Food Science, Food Technology and Nutrition, Academic P

ress, London, 1993.

13