Water(물의 특징)

[연구소장]

☞ water molecule
4개의 hydrogen bonds를 가질 수 있다.
① 서로 서로 결합되어 있어 온도변화가 덜 하다.
② 물의 장력이 세다




□ Water molecule의 cohesion
☞ cohesion
hydrogen bond가 동일한 substrate를 함께 붙드는 현상. 즉, 물분자와 물분자간의 끌어당기는 현상
→ plant에서 gravity를 극복하고 water의 이동을 가능케하는 원동력
☞ adhesion
한 substance가 다른 substance에 달라붙는 현상. 즉 물분자가 물분자 외에 다른 것에 달라붙는 현상
☞ surface tension (표면장력)
liguid의 surface를 strech하거나 break하는데 얼마나 어려운가의 정도


□ water의 온도조절
water는 더운 공기에서 heat를 흡수하여 air temperature를 안정화시키고, 찬공기에서는 heat를 방출하여 air temperature를 안정화시킨다.
- kinetic energy : the energy of motion
- heat : matter의 body에서 molecular motion에 의하여 생긴 kinetic energy의 총 양을 의미
- temperature : molecule의 average kinetic energy에 의한  heat의 intensity를 의미
- calorie (Cal) : 1g의 water의 온도를 1°C 올리는데 소요되는 heat energy의 양을 의미
1 J = 0.239 cal, 1 cal = 4.184 J

☞ water's high specific heat
temperature를 stabilize하는 water ability는 high specific heat에 비례한다.
- substance의 high specific heat
substance의 1g을 1°C만큼 올리거나 내릴 때, 소요되는 흡수하거나 방출해야하는 heat의 양을 의미

☞ evaporative cooling
liguid → gas 로 변하는 것을 evaporation이라 한다.
liquid에서 molecule 간의 attraction을 극복할만큼 빨리 움직이면 water molecule은 gas로 변할 수 있다.

☞ heat of vaporization
liquid가 gaseous state로 바꾸기 위해 substance의 1g이 흡수해야하는 heat의 양
ex. room temperature에서 water를 evaporate하기 위해서는 580 cal의 heat가 필요하다.

☞ evaporative cooling
substrate가 evaporate되면서 그 뒤에 남겨진 liquid의 surface는 온도가 내려간다.
→ evaporative cooling of water는 overheating을 방지함으로서 temperature를 stabilize한다.

□ 생명체의 solvent인 water
설탕(solute ; 녹는 물질) + 물(solvent ; 녹이는 물질) → 설탕물(solution ; 두개 이상의 substance가 homogenous mixture를 이룬 liquid)


- aqueous solution : sovent가 water인 것
- water soluble : inonic compound, polar compound


- hydrophilic : hydro (water) + philic (love) water에 affilnity를 가지는 substance
- hydrophobic : hydro (water) + phobic (fear) water에 dissolve되지 않거나 affilnity가 없는 substance → non ionic, nonpolar molecule

□ Solute concentration in Aqueous solutions
☞ mole (mol)
substance의 molecular weight의 number와 같다.
ex. sucrose의 1 mol 의 weight
C12H22O11 = (C: 12 x 12) + (H: 1 x 22) + (O: 16 x 11) = 176 daltons이 1mol이다.
1개 hydrogen atom = 1 daton

☞ molecular weight (분자량)
molecule에서의 모든 atoms의 weights의 총합
C12H22O11 = (C: 12 x 12) + (H: 1 x 22) + (O: 16 x 11) = 176 daltons
∴ sucrose 1 mol을 얻기 위해서는 342g의 sucrose가 필요하다.

☞ Avogadro's number
1 mole에서의 molecules의 number = 6.02 x 10^23개
- 10 dalton의 A substance 10 g
- 100 dalton의 B substance 100 g
∴ 이 둘은 같이 6.02 x 10^23개의 molecule을 각각 가지고 있다.
ex. 6.02 x 10^23개의 sucrose molecule을 가진 table sugar의 무게는 342g이다.
ethyle alcohol (C2H6O)의 1 mole 또한 6.02 x 10^23개의 molecules를 가지지만, 46g 이다.

☞ Molarity (몰농도)
solution의 1 liter당 solute의 mole의 수.
즉, mol / 1 L = 실제 g 수 / 분자량 / 1 L
1mol의 분자량을 가진 substance에 물을 넣어 1L를 만들었을 때를 그 분자의 1M이라 한다.

□ pH
☞ dissociaton of water molecules
H2O ↔ (H+ ; hydrogen ion) + (OH- ; hydroxide ion)
hydrogen ion과 hydroxide ion은 very reactive하여 cell's protein과 다른 complex molecules를 조그마한 농도의 변화로도 영향을 줄 수 있다.

☞ acids and bases
pure water에서 H+ ion과 OH- ion의 농도는 동일하다.
25°C에서 10^-7 M으로 동일
- Acid : soultion에 추가적으로 hydrogen ion을 주는 것 → solution에서 H+의 농도가 증가하게 됨
- acid soultion : OH- 농도보다 H+의 농도가 더 많은 solution
- base : solution에서 H+ ion의 농도를 감소시키는 substance
NaOH → (Na+) + (OH-) ; 강염기
(NH3) + (H+) ↔ (NH4+) ; 약염기
- base solution : H+ ion의 농도보다 OH- ion의 농도가 더 높은 solution
- neutral : H+와 OH- 농도가 동일한 substance

☞ pH scale
[H+] [OH-] = 10^-14 M^2
[H+] = 10^-7 M, [OH-] = 10^-7 M at 25°C neutral state
∴ pH = - log[H+] → log10^-7 = - (-7) = 7

- pH 값 ↓ : H+ ion의 농도 ↑, OH- ion 농도 ↓
- pH 값 ↑ : H+ ion의 농도 ↓, OH- ion 농도 ↑

cf. pH 7은 pH 8보다 10배 더 acidic하다. pH 3은 pH 6보다 10^3배 즉, 1000배 더 acidic하다.

biological fluids는 pH 8 ~ pH 6 사이에 있다.


☞ Buffer
living cell의 internal pH는 7에 가깝다.
cell의 chemical processes는 hydrogen과 hydroxide ions의 농도에 매우 민감하여 pH의 조그마한 변화가 harmful 할 수 있다.

- buffer
H+ ion과 OH- ion의 농도변화를 최소화하는 substance를 의미
거의 모든 buffer는 hydrogen ion과 reversibly combine하는 weak acid이거나 weak base이다.
ex. biological solution buffer ; Carbonic acid (H2CO3)
- 생체 내에서 pH가 오르면 즉, 생체내 H+ ion의 농도가 적을 때 증가시켜주는 방향으로 반응이 진행된다.
H2CO3 (H+ donor ; acid) → (HCO3- ; H+ acceptor, base, bicarbonate ion) + (H+ ; hydrogen ion)
- 생체 내에서 pH가 내려가면 즉, 생체내 H+ ion의 농도가 많을 때 감소시켜주는 방향으로 반응이 진행된다.
(HCO3- ; H+ acceptor, base, bicarbonate ion) + (H+ ; hydrogen ion) → H2CO3 (H+ donor ; acid)