Химия воды и микробиология
1. Охарактеризуйте особенности водородной связи в жидкой воде, льду и водяном пару
Каждая молекула воды может образовать четыре водородных связи: две возникают при взаимодействии неподеленных электронных пар атома кислорода с атомами водорода соседних молекул воды и две дают атомы водорода, взаимодействующие с атомами кислорода двух других молекул воды. Водородная связь возникает в резуль
тате внедрения очень малого по размерам положительно поляризованного атома водорода одной молекулы в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома кислорода другой молекулы воды. Длинна водородной связи О…Н изменяется в пределах от 0,14 до 0,2 нм. Энергия ее составляет 17-33 кДж/моль. Существованием водородных связей объясняется аномально высокая температура плавления воды по сравнению с водородными соединениями аналогов кислорода (H2S, H2Se, H2Te). Водородные связи и донорно-акцепторные взаимодействия способствуют возникновению высокой упорядоченности внутренней структуры в жидкой воде. Водородные связи обусловливают высокое внутреннее давление, которое способствует появлению у воды некоторых особых свойств.
Рассмотрим структуру воды в различных агрегатных состояниях.
Лед обладает электропроводностью около 10-9 Ом-1 *см-1 при температуре – 100С. Электропроводность льда Бьеррум объясняет существованием ионизационных дефектов в кристалле льда. Ионы могут образоваться при переходе протона тот одной молекулы воды к другой по схеме 2Н2О↔Н3О++ОН-.
Водяной пар состоит главным образом из одиночных молекул воды, но в нем встречаются и ассоциированные молекулы (ди- и тримеры).
2. В чем суть конструктивного обмена или анаболизма?
Питательные вещества, которые поглощаются клетками в результате сложных биохимических реакций, превращаются в специфические клеточные компоненты. Биохимические процессы, которые происходят при этом, составляют суть конструктивного обмена или анаболизма. Конструктивные процессы идут с поглощением энергии.
Центральное место в энергетическом обмене занимает АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Макроэргические связи в молекуле АТФ очень нестойкие. Гидролиз таких связей приводит к освобождению большого количества энергии:
АТФ+Н2О→АДФ+Н3РО4, ∆Н=-30,56кДж
Запас АТФ в клетках всё время восстанавливается за счёт реакции присоединения остатка ортофосфорной кислоты к молекуле АДФ – аденозиндифосфорная кислота:
АДФ+Н3РО4→АТФ+Н2О
Этот процесс проходит с поглощением энергии, для чего используется энергия света или энергия химических реакций.
3. Какие факторы определяют стойкость дисперсных систем?
Дисперсные системы – это особая форма организации веществ; они широко распространены в природе и имеют важное практическое значение.
Дисперсными системами называют гетерогенные системы из двух или больше фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними.
Отличают агрегативную и кинетическую стойкость дисперсных систем. Агрегативная стойкость – это способность дисперсных систем сохранять свою степень дисперсности, способность противостояния слипания, укрупнения частичек дисперсной фазы. Кинетическая стойкость связана с способностью частичек дисперсной фазы до хаотичного теплового броунинского движения. Чем меньше размер частичек, чем выше температура и меньшая вязкость дисперсной среды, тем сильней броунинское движение, тем выше кинетическая стойкость системы. Грубодисперсные системы агрегативно и кинетично нестойкие.
4. Какие организмы относятся к водным микроорганизмам?
Классифицируйте водные микроорганизмы.
Количество микроорганизмов в водной среде определяется такими факторами, как наличие органических веществ, содержание растворенного кислорода, температура, характер водоема и т.п. В подземных водах и водах атмосферных осадков содержится незначительное количество микроорганизмов.
В поверхностных водоемах численность микроорганизмов определяется степенью загрязнения воды органическими соединениями. В воде рек она может колебаться от нескольких тысяч до миллиона клеток и более в 1 мл. Донный ил, содержащий большее количество питательных веществ в виде органических остатков, является средой обитания для многих микроорганизмов. В водоемах с замедленным стоком (водохранилищах), озерах количество микроорганизмов уменьшается от береговой линии и с возрастанием глубины. Видовой состав микроорганизмов, живущих в поверхностных водоемах, крайне разнообразен.
Водные организмы, населяющие дно водоема и донные отложения, называются бентосом. К бентосным формам микроорганизмов относится огромное количество бактерий, водоросли, простейшие, грибы и др. Особенно много бактерий, осуществляющих превращения биогенных элементов, находится в верхнем слое донных отложений. Они могут образовывать на поверхности донных отложений пленку толщиной в несколько миллиметров. Широко распространены в донных отложениях простейшие, коловратки. Максимальное количество микроорганизмов в донных отложениях наблюдается летом и осенью. На больших глубинах микробентосные формы широко представлены, в основном, бактериями-минерализаторами. Процессы разложения органических веществ с наибольшей напряженностью идут именно в поверхностных слоях донных отложений.
5. Способы питания микроорганизмов
Для осуществления процессов роста и размножения, т.е. жизнедеятельности, необходимы питательные вещества с окружающей среды.
Поступление питательных веществ в бактериальную клетку происходит без энергетических затрат, за счет пассивной диффузии или облегченной диффузии (с помощью ферментоподобных белков – пермеаз).
Способы питания микроорганизмов очень разнообразны. Нужно отличать три основных способа питания: голофитное, сапрозойное и голозойное.
Голофитное питание осуществляется по типу фотосинтеза растений. Среди микроорганизмов этот способ присущ водорослям, окрашенным формам жгутиковых и некоторым бактериям.
Голозойный способ питания обуславливает развитие у микроорганизмов специальных органоидов для переваривания еды, а в некоторых – и для её захвата. Например, неокрашенные жгутиковые и ресничные у инфузории имеют ротовую пустоту, к которой еда подгоняется соответственно жгутиками и ресничками.
При сапрозойном способе питания полезные вещества попадают в клетку через всю её поверхность, поскольку такие микроорганизмы не имеют специальных органов для захвата еды. Этот способ питания присущ бактериям, микроскопическим грибам, дрожжам.
Необходимое условие – приемная форма питательных веществ, в которой они могут усваиваться микроорганизмом.
6. Изложить принципы стабилизационной обработки воды. Какие химические соединения целесообразно применять для стабилизационной обработки воды замкнутых технологических циклов?
Воды, в которых соблюдается основное карбонатное равновесие, называются стабильными. Они не имеют своего состава при контакте с карбонатами, бетоном, карбонатными защитными пленками. Воды, содержащие избыток свободной угольной кислоты над равновесной, называются агрессивными. При контакте с бетоном или карбонатными пленками такие воды называют растворение карбонатных составляющих. Агрессивное действие этих вод выражается в растворении карбоната кальция и извести по уравнениям:
Скачать реферат