Номер 3, страница 37 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Примените свои знания. Параграф 7. Водородная химическая связь. Глава I. Строение веществ - номер 3, страница 37.

Условие.

3. Какую роль играет межмолекулярная водородная связь в практической жизни человека и в природе?

Решение.

Решение 2.

Межмолекулярная водородная связь — это особый тип взаимодействия между молекулами, который, несмотря на свою относительную слабость по сравнению с ковалентными связями, играет чрезвычайно важную роль в природе и практической деятельности человека. Она образуется между атомом водорода, соединённым с сильно электроотрицательным элементом (чаще всего кислородом, азотом или фтором), и другим электроотрицательным атомом соседней молекулы.

Роль в природе

Водородные связи являются фундаментальными для существования жизни в том виде, в котором мы её знаем. Их роль проявляется в следующем:

• Уникальные свойства воды. Вода является основой жизни на Земле, и её необычные свойства обусловлены именно водородными связями между её молекулами (H₂O):

  • Жидкое агрегатное состояние в широком диапазоне температур. Благодаря водородным связям вода имеет аномально высокую температуру кипения ($100^\circ C$). Без них она была бы газом при комнатной температуре, как и её аналоги (например, H₂S), и жизнь была бы невозможна.

  • Высокая теплоёмкость. Вода способна поглощать и отдавать большое количество теплоты, незначительно изменяя свою температуру. Это свойство позволяет Мировому океану регулировать климат планеты, а живым организмам — поддерживать постоянную температуру тела.

  • Аномалия плотности при замерзании. При замерзании молекулы воды образуют кристаллическую решётку, в которой расстояние между ними больше, чем в жидкой воде. В результате лёд имеет меньшую плотность, чем вода, и плавает на её поверхности. Это предотвращает полное промерзание водоёмов и сохраняет жизнь их обитателям.

• Структура жизненно важных биомолекул. Водородные связи определяют пространственную структуру важнейших для жизни молекул:

  • Двойная спираль ДНК. Две цепи молекулы ДНК удерживаются вместе именно водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями. Эти связи достаточно прочны для сохранения генетической информации, но и достаточно слабы, чтобы позволить цепям расходиться в процессах репликации и транскрипции.

  • Структура белков. Пространственная структура белков (вторичная, например, α-спирали и β-листы, и третичная), которая определяет их биологическую функцию, в значительной степени стабилизируется множеством водородных связей.

Ответ: В природе водородные связи определяют уникальные физические свойства воды, создавая условия для существования жизни, а также формируют и стабилизируют пространственную структуру ключевых биомолекул (ДНК, белки), обеспечивая их функционирование.

Роль в практической жизни человека

В повседневной жизни и технологиях роль водородных связей также огромна:

• Материалы и промышленность. Свойства многих природных и синтетических материалов напрямую зависят от водородных связей:

  • Целлюлоза. Прочность древесины, бумаги, а также гигроскопичность (способность впитывать влагу) хлопковых тканей обусловлены водородными связями между молекулами целлюлозы.

  • Синтетические полимеры. Такие материалы, как нейлон, капрон и кевлар, обязаны своей высокой прочностью и износостойкостью наличию многочисленных водородных связей между полимерными цепями.

• Быт и пищевая промышленность.

  • Растворимость. Способность сахара, спирта, уксусной кислоты растворяться в воде объясняется образованием водородных связей между их молекулами и молекулами воды. Это используется в кулинарии, производстве напитков и моющих средств.

  • Пищевые продукты. Консистенция гелей, желе, студней (например, желатина) поддерживается за счёт сетки водородных связей.

• Медицина и фармакология.

  • Действие лекарств. Взаимодействие молекулы лекарственного препарата с биологической мишенью (рецептором или ферментом) часто основано на образовании специфических водородных связей, что определяет эффективность и избирательность действия лекарства.

Ответ: В практической жизни человека водородные связи определяют механические свойства важнейших материалов (древесина, бумага, хлопок, нейлон), лежат в основе процессов растворения, используемых в быту и промышленности, а также играют ключевую роль в механизме действия лекарственных препаратов.