V O D A

Biofyzikální vlastnosti znamenají možnost života na Zemi.

Ztráta 10 % vody u hospodářských zvířat představuje vážné poruchy, ztráta 25 % smrt.

Voda je nejvíce zastoupenou sloučeninou v organizmu

• Krev 93 % • Ledviny 83 % • Srdce, plíce 79 % • Svalovina 76 % • Mozek 70 % • Skelet 22 % • Zubní sklovina 0,2 % • S věkem obsah vody klesá z 80 % narození na 50 % ve stáří

Silně polární struktura

σ

+

H H

104,5 o

O

σ

-

• Parciální náboje • Vodíkové vazby (můstky) E ~ 8 – 40 kJ mol -1 asociace (shlukování) molekul • Polární rozpouštědlo

KAPALNÁ VODA

• USPOŘÁDÁNÍ DO „CLUSTERS“ • Molekuly vzájemně asociují, střídají se oblasti organizované s neorganizovanými a se samostatnými molekulami • Molekuly se mohou zasouvat do sebe • Různé energie H můstků v závislosti na prostorovém uspořádání jednotlivých clusters • Paměť molekul (transport informace, homeopatika)

L E D

„ VURTZITOVÁ“ struktura Každá molekula vody přitahuje 4 další molekuly Molekuly vytvářejí pravidelný tetraedr krystalů ledu Vodíkové můstky mají stejnou energii v závislosti na teplotě Pravidelné vzdálenosti vedou k zvětšení objemu Vmax 4 o C - anomálie vody

FUNKCE VODY

• Univerzální rozpouštědlo • Prostředí pro fyzikální (osmóza) a chemické (hydrolýza) procesy • Strukturální (uspořádání membrán) • Transportní (plynů, živin, tepla) • Termoregulační Velké specifické teplo 4,2 kJ mol -1 → akumulace tepla Výborná tepelná vodivost Vysoké skupenské teplo výparné 2,4 kJ mol -1 (37 o C) Evaporace • Anomálie vody

ROZPOUŠTĚNÍ

• Kapaliny mají schopnost rozrušovat vzájemné interakce částic pevných látek nebo jiných kapalin a uvolněné částice rovnoměrně rozptylovat (snaha o dosažení rovnovážného stavu).

• ROZPUSTNOST je stavová veličina představující kvantitativní míru rozpouštění • NASYCENÝ ROZTOK je rovnovážná soustava, kdy za dané teploty se přidávaná látka přestává rozpouštět a vytváří samostatnou fázi.

• DISOCIACE – rozpad na menší části – ionty (disociační konstanta) • ASOCIACE – spojování částic (H můstky) • SOLVATACE (HYDRATACE) obalování částic molekulami rozpouštědla (vody)

ROZDĚLENÍ VODY

• Dříve volná x vázaná • Nyní dle aktivity vody a w p iw a w = ----------- p iw o p iw parciální tenze vodních par nad potravinou p iw o parciální tenze vodních par nad čistou vodou

ROZDĚLENÍ VODY

1. a w 0,0 - 0,2 voda vicinální monomolekulární vrstva, nemá schopnost rozpouštědla, bez možnosti chemických reakcí 2. a w 0,2 - 0,7 voda vícevrstvá fyzikální sorpce na potravinu, převládají vodíkové vazby mezi vrstvami vody 3. a w 0,7 - 1,0 voda kondenzovaná voda volná získá se odpařením voda zachycená získá se lisováním

• Všechny interakce vody v potravinách vedou k poklesu entropie, tedy k nárustu organizovanosti představované terciární a kvartérní strukturou koloidů.

• a w roste s teplotou 10 o C o 0,03-0,2 • Představuje dostupnost mikroorganismů k vodě z potraviny, tedy vztah ke údržnosti • Čerstvé maso 0,97 uzenina 0,82 – 0,85

KOLIGATIVNÍ VLASTNOSTI

• SOUVISÍ S POČTEM ČÁSTIC V ROZTOKU, JEJICHŽ VLASTNOSTI SE LIŠÍ OD VLASTNOSTÍ ČISTÝCH SLOŽEK • Raultův zákon: Tenze par rozpouštědla nad roztokem je za stejných podmínek vždy nižší než nad čistým rozpoštědlem (p o ).

Δ p = p o . X 2 X 2 molární zlomek rozpuštěné látky podíl počtu částic rozpuštěné látky vůči součtu počtu částic rozpuštěné látky a počtu částic rozpouštědla

EBULIOSKOPIE

• Bod varu roztoku je vždy vyšší než bod varu čistého rozpouštědla ΔT e = E e . m E e ebulioskopická konstanta m molární koncentrace [mol . m -3 ]

KRYOSKOPIE

• Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než čistého rozpouštědla ΔT k = E k . m E k kryoskopická konstanta m molární koncentrace [mol . m -3 ]

OSMOTICKÝ TLAK

π

• Je výsledkem snahy koncentrovaného roztoku po zředění (vyrovnání koncentračního gradientu) • Hydrostatický tlak: p = h .

π

ρ . g [Pa] Vańt Hoffův vztah: = R . T . c . i [Pa] i c molární koncentrace [mol . m -3 ] Vańt Hoffův opravný koeficient Pro neelektrolyty = 1 Pro elektrolyty počtu vzniklých iontů • Osmolarita [mosmol . l -1 ] • Osmolalita [mosmol . kg -1 rozpouštědla]

OSMÓZA - PRINCIP osmotický tlak je tlak potřebný k zastavení osmózy;

závisí na koncentraci rozpuštěné látky a na teplotě

OSMÓZA – TOK ROZPOUŠTĚDLA

• Představuje transport hmoty látkový tok

J = k . S ( π 1 – π 2 )

k – koeficient propustnosti S – celková plocha rozhraní

π 1 , π 2

– osmotické tlaky roztoků oddělených membránou

TYPY ROZTOKŮ

izotonický – stejný osmotický tlak hypotonický x hypertonický nižší osmotický tlak vyšší osmotický tlak směr pohybu molekul rozpouštědla

OSMOTICKÝ TLAK

• Roztoky hepertonické voda ven z buňky → svra š ťov á n í plazmorhyza (u rostlin plazmolýza) • Roztoky hypotonické voda do buňky, zvětšení objemu plazmoptýza, haemolýza • Roztoky isotonické pro krev π = 0,74 MPa 0,9 % NaCl (0,155 mol.l

-1 ) nebo 5 % glukóza (0,31 mol.l

-1 )

ONKOTICKÝ TLAK

• Týká se koloidů má v plazmě menší význam než osmotický tlak solí, působí proti hydrostatickému tlaku krve v končetinách, a proto má význam v tkáňové cirkulaci – zamezuje hromadění vody ve tkáních • Hypoproteinemie plazmy vede k otokům

ONKOTICKÝ TLAK

• Schopnost potravin vázat přidanou vodu • 1 g albuminu či globulinu váže 1,3 g vody • 1 g škrobu váže 0,8 g vody (solení, prátování atd.)

KAPALINY

• Ideální kapalina viskozita = 0 stavová rovnice ρ = konst.

• Hustota ρ • Hydrostatický tlak • Hydrostatické paradoxon • Pascalův zákon tlak se šíří všemi směry nezávisle na směru působící síly Hydraulický lis S 1 . F 2 = S 2 . F 1

HYDRODYNAMIKA

h 1

S 1

h 2 2

v 1 S 2 v 2 v 2 >v 1 => h 2

• Rovnice kontinuity

S 1 . v 1 = S 2 . v 2

• Rovnice Bernoulliho

h . ρ . g + ½ ρ . v 2 = konst.

• Hydrodynamické paradoxon

Viskozita – vnitřní tření kapalin Viskozita – transport hybnosti F . t

Transp.vel. = - K . Plocha . Gradient dv F = η . S . ------ dx v rychlost x vzdálenost dvou vrstev dv/dx gradient rychlosti η dynamická viskozita

Viskozita suspenze (krve)

η s = η . (1 + k . c) k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částic c objemová koncentrace částic viskozita krve je závislá na teplotě pro 37 o C přibližně 3 – 3,5 . 10 -3 Pa . s klinicky se stanovuje sedimentací krve

DRUHY PROUDĚNÍ

• LAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně • TURBULENTNÍ – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLO v . ρ . R (R průměr) R e = ---------------- η kritická hodnota pro krev je 1000 (aorta člověka 964) ( R = 0,01 m v = 0,3 m . s -1 ρ = 1,06 . 10 3 η = 3,3 . 10 -3 Pa . s ) kg . m -3

Tvar čela proudnice

• ideální kapalina nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádoby • reálná kapalina – parabola • suspenze - paraboloid krvinky se drž í ve středu proudnice a brzdí čelo

Pružníkový efekt

• Srdce pracuje diskontinuálně • pro difuzi ve tkáních je pulzace nevhodná • pružníkové arterioly – převažují elastická vlákna – při systole se roztáhnou • muskulární arterioly – převažují hladkosvalová vlákna – udržují tlak při diastole • střídáním obou se odstraní pulzace a působí standardní tlak v kapilárách