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 + Parciální náboje Vodíkové vazby (můstky) E ~ 8 – 40 kJ mol-1 asociace (shlukování) molekul Polární rozpouštědlo H H 104,5o O σ -

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 Každá molekula vody přitahuje 4 další molekuly „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 oC - 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 (37oC) 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 aw piw piwo piw parciální tenze vodních par nad potravinou piwo parciální tenze vodních par nad čistou vodou

ROZDĚLENÍ VODY aw 0,0 - 0,2 voda vicinální monomolekulární vrstva, nemá schopnost rozpouštědla, bez možnosti chemických reakcí 2. aw 0,2 - 0,7 voda vícevrstvá fyzikální sorpce na potravinu, převládají vodíkové vazby mezi vrstvami vody 3. aw 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. aw roste s teplotou 10 oC 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 (po). Δ p = po . X2 X2 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 ΔTe = Ee . m Ee ebulioskopická konstanta m molární koncentrace [mol . m-3]

KRYOSKOPIE Bod tuhnutí roztoku je vždy nižší než čistého rozpouštědla ΔTk = Ek . m Ek 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 . ρ . g [Pa] Vańt Hoffův vztah: π = R . T . c . i [Pa] c molární koncentrace [mol . m-3] i Vańt Hoffův opravný koeficient Pro neelektrolyty = 1 Pro elektrolyty počtu vzniklých iontů Osmolarita [mosmol . l-1] Osmolalita [mosmol . kg-1 rozpouštědla]

závisí na koncentraci rozpuštěné látky a na teplotě 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 (π1 – π2) k – koeficient propustnosti S – celková plocha rozhraní π1 , π2 – 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 → svrašťování 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 S1 . F2 = S2 . F1

HYDRODYNAMIKA Rovnice kontinuity Rovnice Bernoulliho v2>v1 => h2<h1 h2 h2 S1 v1 S2 v2 Rovnice kontinuity S1 . v1 = S2 . v2 Rovnice Bernoulliho h . ρ . g + ½ ρ . v2 = 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) ηs = η . (1 + k . c) k konstanta charakterizující fyzikální vlastnosti částic c objemová koncentrace částic viskozita krve je závislá na teplotě pro 37 oC přibližně 3 – 3,5 . 10-3 Pa . s klinicky se stanovuje sedimentací krve

Re = ----------------- DRUHY PROUDĚNÍ LAMINÁRNÍ – vrstvy se pohybují rovnoběžně TURBULENTNÍ – vířivé REYNOLDSOVO ČÍSLO v . ρ . R (R průměr) Re = ----------------- η kritická hodnota pro krev je 1000 (aorta člověka 964) ( R = 0,01 m v = 0,3 m . s-1 ρ = 1,06 . 103 kg . m-3 η = 3,3 . 10-3 Pa . s )

Tvar čela proudnice ideální kapalina - nulová viskozita – čelo je kolmé na stěnu nádoby reálná kapalina – parabola suspenze - paraboloid krvinky se drží 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