מבנה חלקיק המים:
המים כמו כל חומר בנויים מחלקיקים(מולקולות). החלקיקים זעירים מאוד ואינם נראים מבעד למיקרוסקופ. בטיפת מים אחת יש כמאה טריליון חלקיקים. מבנה החלקיקים של המים הוא שנותן למים את תכונותיהם המיוחדות. המים הם תרכובת של שני יסודות: מימן וחמצן. כל חלקיק של מים מורכב משני אטומים של מימן הקשורים לאטום אחד של חמצן. הקשר בין אטום המימן לאטום החמצן חזק ביותר, ולכן חלקיק המים יציב מאוד. התרכובת מים אינה מתפרקת בקלות ליסודות, כדי לפרק אותם צריך להשקיע אנרגיה רבה. זאת הסיבה שבעבר סברו שהמים הם יסוד ולא תרכובת.

חלקיק המים הוא חלקיק קוטבי. אטומי המימן נמצאים בקוטב(צד) אחד של החלקיק ואטום החמצן בקוטב השני. לאטום החמצן יש מטען חשמלי שלילי ואטום המימן יש מטען חשמלי חיובי. לכן חלקיק המים הוא בעל שתי קטבים מנוגדים: האחד שלילי והאחד חיובי. לחלקיק כזה קוראים חלקיק קוטבי. בגלל הקוטביות של חלקיקי המים יש משיכה בין החלקיקים: הקוטב החיובי בחלקיק אחד והקוטב השלילי בחלקיק אחר מושכים זה את זה. ההקשרים הנוצרים בין החלקיקים של המים נקראים “קשרי מימן”.

החלקיקים של המים כמו חלקיקים של חומרים אחרים, נעים כל הזמן. הטמפרטורה משפיעה על תנועת החלקיקים, ולכן גם על הקשרים ביניהם. שינויים במספר הקשרים בין החלקיקים עשויים לגרום לשינויים במצב הצבירה של המים. ההבדל בין מצבי הצבירה של קרח מים נוזלים ואדים הוא במספר הקשרים ובסידור החלקיקים.

במים נוזלים בטמ”פ בין 100-0 הקשרים בין החלקיקים ניתקים ומתחדשים כל הזמן. ככל שטמ”פ המים גבוהה יותר, תנועת החלקיקים גוברת והקשרים ביניהם ניתקים. בטמ”פ של 100 מעלות C המים נהפכים לאדים וכל הקשרים מתנתקים. ככל שטמ”פ המים נמוכה יותר, תנועת החלקיקים פוחתת ונוצרים ביניהם יותר קשרים. מתחת ל-0 מעלות C כל החלקיקים נקשרים זה לזה והמים הופכים לקרח.

המים בתאי הגוף:
70% מגופנו הם מים. המים נמצאים בדם ובתאים. התאים הם יחידת המבנה והפעולה של כל היצורים החיים, יצורים חד-תאיים ויצורים רב תאיים. בגוף היצורים הרב תאיים מספר התאים בדרך כלל רב מאוד. בגוף האדם,למשל, יש מיליוני-מיליונים תאים, והם כה קטנים עד כי ניתן לראות אותם רק במיקרוסקופ. התאים בגוף מורכבים מחומרים שונים, והמים הם מרכיב העיקרי בהם מבחינת הכמות. גם בין התאים יש מים. בתאים מתקיימים תהליכי החיים של היצורים, כגון בניית חומרים, פירוק חומרים, נשימה וגדילה. רוב התהליכים קשורים למים. האים של כל היצורים הם בעלי מבנה בסיסי דומה: בתוך התא נמצאת הציטופלסמה, המורכבת ממים וממוסים והמכילה אברונים שונים. אברון חשוב בתא הוא גרעין התא. הגרעין מכיל את החומר התורשתי, הקובע את תכונות היצור. החומר התורשתי חיוני לפעילותו ולהתרבותו של התא. בהיקף נמצא קרום התא, המפריד בין התא לבין סביבתו. המים והחומרים נכנסים לתא ויוצאים ממנו דרך הקרום. בתאי צמחים יש גם דופן מחוץ לקרום.

מבנה התא האנימלי:
תא אנימלי = תא של בע”ח והאדם:
קרום התא: מעטפת דקיקה יחסית לנפח התא. הקרום מקיף את התא כשכבה כפולה של שומנים – הוא הגבול החוצץ בין התא לסביבה המקיפה אותו. הוא מגן על תוכן התא, ומהווה גם אתר מגע של התא לקליטת חומרים הדרושים לו. קרום התא הוא קרום בררני => קרום שמברר את החומרים שרוצים להיכנס אל התא, ומכניס או דוחה אותם. הקרום עשוי מ-2 שכבות שומן, ומברר חומרים לפי סוג החומר וגודלו.
ציטופלסמה: תמיסה מימית, לא מתנהגת כנוזל כי היא צמיגה למדי. יש בה חומרים רבים ובהם מגוון של תרכובות: מלחים וחלבונים, מולקולות סוכר, שומן, ויטמינים, ועוד. הציטופלסמה לא מתנהגת כנוזל, משום שאם היא הייתה עושה זאת האברונים בה היו שוקעים בתוכה.
גרעין התא: האברון הבולט ביותר בתא. מוקף בקרום הדומה לזה של התא. בקרום יש נקבים זעירים בין הגרעין לציטופלסמה. הגרעין מכיל את החומר התורשתי של התא, ומשמש מרכז בקרה ופיתוח על כל התהליכים המתרחשים בו.
מיטוכונדריון: (מיטוכונדריה = רבים). האברון האחראי על הספקת אנרגיה לתא. המיטוכונדריה הם איברי הנשימה של התא, והם מוקפים קרומים.
רשת אנדופלסמית: רשת הובלה ותקשורת תוך-תאית. הרשת האנדופלסמית היא רשת מסועפת של קרומים שחוצה את הציטופלסמה לארוכה ולרוחבה, וממלאת את כל נפח התא. הרשת מאפשרת מעבר של חומרים ממקום למקום בתוך התא.
ריבוזומים: גופיפים זעירים הממלאים תפקיד חשוב בבניית חלבונים בתא. לריבוזומים אין תיחום (תחום מוגדר).
ליזוזומים: אברונים המומחים בפירוק תאים חולים או מתים. הליזוזומים מוקפים בקרום.

את כל האברונים הנ”ל יש גם בתא הצמחי, אך בתא הצמחי יש עוד שלושה אברונים הייחודים רק לתא הצמחי והם:
דופן-הדופן קשיח מגן על התא מפגיעות חיצוניות, מקנה לתא יציבות גם כשהתא מאבד מים.
חלולית- חלל פנימי בתא המוקף קרום זהה לקרום התא אך החלולית הי לא ריקה אלא מכילה מים ובהם מומסים, החלולית משמשת לתא מאגר נוזלים ומשמשת מעין תמיכה פנימית למבנה התא.
כלורפלסטים- אברונים מיוחדים הבנויים משכבות קרום המקופלות בצורת שקיקים זעירים, יש בהם חומר שנקרא כלורפיל = צבען(ירוק).הכלורפלסט מנצל את אנרגיית אור השמש לתהליך הפוטוסינתזה תהליך בו מייצר התא הצמחי מזון לכל עולם החי.

פוטוסינתזה
תהליך התרכבות של מים ופחמן דו-חמצני מתרחש בעזרת אנרגיית השמש הנקלטת ע”י הכלורופיל שבצמח, ומנוצלת ליצירת חומרים אורגניים (חד-סוכר), תוך פליטת חמצן.

בצמחים מתרחשים 2 תהליכים שונים:
נשימה = קליטת חמצן ופליטת פחמן דו-חמצני.
פוטוסינתזה = רק בנוכחות אנרגיית אור.

התאים בגוף מתרבים ע”י חלוקה.כל תא מתחלק לשניים, שני התאים גדלים ואז גם הם מתחלקים וכך נוצרים עוד ועוד תאים. ביצורים חד תאיים יש תא אחד ובוא מתקיימות כל פעולות החיים. ביצורים רב תאיים יש תאים רבים, המאורגנים בקבוצות של תאים בעלי צורות שונות ובעלי תפקידים מיוחדים, כמו תאי רבייה, תאי דם ותאי עצב.

המים מייצבים את הגוף:
כאשר בתאי הגוף יש כמות תקינה של מים, התאים תפוחים וכל הגוף יציב. נשווה את התא לשקית פלסטיק: כאשר השקית ריקה היא רפויה ומקומטת אבל אם ממלאים אותה במים היא נפוחה ומתוחה. דוגמה זו מבליטה את תפקוד המים /שמייצבים:כשם שהם מייצבים את השקית, כך הם מייצבים את התאים בגוף.

תמיסות:
תמיסה היא תערובת של שני חומרים(או יותר) שאחד הוא נוזל והאחר יכול להיות גז, נוזל ומוצק.
הרכב התמיסה: ממס(נוזל)+ מומס(מוצק,גז או נוזל)
דוגמה: מים(הממס)+ סוכר(מומס)= תמיסת סוכר.
כאשר ממיסים במים כמות גדולה של סוכר מקבלים תמיסה בריכוז גבוה, ואם ממיסים באותה כמות מים כמות קטנה של סוכר מקבליים תמיסה בריכוז גבוה.

כמות הממס צריכה להיות יותר מ-50% מכמות כלל התמיסה.
הגורמים המשפיעים על מהירות ההמסה: כמות החומר, סוג החומר-מצב צבירה, טמפרטורת החומר,מהירות החלקיקים(בחישה).
המים ממיסים חמורים רבים. כושר ההמסה של המים נובע מתכונת הקוטביות של חלקיקי המים. החלקיקים הקוטביים של המים מסוגלים להחליש את המשיכה בין חלקיקים של חומרים אחרים. חלקיקים אלה מתרחקים זה מזה וחלקיקי המים מקיפים אותם. כך מתקבלת תמיסה. כיצד הסוכר נמס במים? חלקיק הסוכר הוא חלקיק גדול יותר מחלקיק המים, ויש לו מטענים חשמליים חיוביים ושליליים. כאשר סוכר בא במגע עם מים, חלקיקי המים מפרידים בין חלקיקי הסוכר, נמשכים אליהם ומקיפים אותם. כאשר חלקיקי הסוכר מופרדים זה מזה על ידי חלקיקי המים, מתקבלת תמיסת סוכר.
הכלל הוא זה: חומר מומס במים כאשר כוחות המשיכה בין חלקיקי המומס לחלקיקי המים חזקים יותר מכוחות המשיכה שבין החלקיקים של כל חומר בנפרד. כאשר מוסיפים למים כמות גדול של מומס למשל סוכר, התמיסה מגיעה למצב של רוויה.במצב של רוויה אין חלקיקי המים מפרידים יותר בין חלקיקי הסוכר,והסוכר הנוסף שוקע.
כאשר הטמ”פ של המים נמוכה יותר הגז נמס יותר מהר והמוצק נמס לאט יותר.

מאזן המים בגוף היצורים:
המים נקלטים בגוף ונפלטים ממנו כל הזמן. הקליטה והפליטה של המים קובעות את מאזן המים בגוף.
מאזן תקין הוא(מים בכמות הנחוצה) קליטה = פליטה
מאזן לא תקין(עודף מים בגוף) קליטה > פליטה
מאזן לא תקין (חוסר מים בגוף) קליטה < פליטה
תהליכי הקליטה והפליטה של המים קשורים לתפקודם של המים כמובילים חומרים בגוף.

המים כמובילים:
המים מובלים חומרים בעולם הדומם וגם ביצורים חיים. אחד התפקודים החשובים של המים בגופם של היצורים הוא הובלת חומרים אל הגוף ומן הגוף. יצורים חד תאיים זעירים הנמצאים בסביבה מימית קולטים חומרי מזון וחמצן ישר מן הסביבה אל תוך התא, ופולטים חומרי פסולת ישר לסביבה. ברוב היצורים הרב תאיים המצב מורכב יותר: הם בנויים ממספר רב מאוד של תאים, ולא כל התאים גובלים בסביבה החיצונית. איך עוברים החומרים הנקלטים מן הסביבה החיצונית אל התאים השונים בגוף היצור? וכיצד נפלטים לסביבה חומרי הפסולת מהגוף? בגוף יש מערכות הובלה של חומרים ובהן יש תפקיד חשוב למים.

מערכת הדם באדם:
הדם שבגופנו עובר בכל חלקי הגוף דרך עורקים, ורידים ונימים. הדם מוזרם ע”י הלב, שהוא שריר הפועל כמשאבה. בגופו של אדם מבוגר יש כ-6 ליטרים דם. התפקידים העיקריים של הדם הם אלה:
א. העברת חמצן מן הריאות לכל חלקי הגוף ואיסוף פחמן דו חמצני מן הגוף אל הריאות.
ב. העברת חומרי מזון ממערכת העיכול אל התאים וסילוק חומרי פסולת מן התאים.
ג. העברת הורמונים שונים מן הבלוטות המייצרות אותם אל מקום פעולתם.
ד. מלחמה בזיהומים שונים כמו חיידקים נגיפים וטפילים החודרים לגוף.
ה. שמירה על טמ”פ גוף קבועה ותקינה.
הדם מורכב מנוזל ומתאים. נוזל הדם הוא שקוף ומכיל בעיקר מין שבהם מומסים חמורים שונים, למשל סוכרים מלחים וגזים. תאי הדם אינם מומסים בנוזל והם נישאים עם זרם הדם. יש בהם שלושה סוגים: תאי דם אדומים, תאי דם לבנים ולוחיות דם. תאי הדם האדומים הם תאים זעירים ומספרם מיליונים בכל מילימטר מעוקב. הם חסרי גרעין המכילים חומר אדום הנקרא המוגלובין. ההמוגלובין קושר אליו את החמצן ונושא אותו בכל הגוף. תאי הדם האדומים מעניקים לדם את צבעו. תאי הדם הלבנים הם בעלי גרעין ומספרם אלפים אחדים בכל ממ”ק. יש להם תפקיד חשוב במערכת החיסון של הגוף. חלק מהם תוקפים חיידקים ונגיפים ובולעים אותם, וחלק מהם מפרישים לדם נוגדנים הפוגעים בגופים זרים הנכנסים לגוף. לוחיות הדם הם גופיפים זעירים חסרי גרעין ומספרם מאות עד אלפים בממ”ק. הלוחיות הם בעלות כושר היצמדות והידבקות, והן ממלאות תפקיד בקרישת הדם. מסלול הדם עובר מהלב לגוף ובחזרה. הדם יוצא מן החדר השמאלי דרך העורקים עד הנימים לתאים ומשם אל הנימים ומשם דרך הורידים לחדר הימיני.
דם שהגיע מן הגוף עובר אל הריאות וחוזר משם עשיר בחמצן.
מערכת ההפרשה באדם:
מערכת ההפרשה משמשת לפינוי חומרי פסולת מן הגוף לשמירה על כמות קבועה של מים ומלחים. חומרי הפסולת מופרשים מן הגוף שהם מומסים במים. תמיסה זו היא נוזל השתן. אדם מפריש כ-2 ליטרים שטן ביום. הכמות יכולה לגדול כאשר מרבים לשתות והיא מתמעטת בתנאים של מחסור במים. השתן מכיל תוצרי פירוק של החומרים בגוף בעיקר שתנן(תוצר פירוק של חלבון) ומלחים שונים שאינם נחוצים בגוף. אצל אדם בריא אין בשתן חלבון,סוכר או תאי דם. מבדיקת שתן ניתן ללמוד על מצב הגוף ועל מחלות שונות. לדוגמה אצל אישה הרה מוצאים בשתן את הורמון ההיריון, ואצל חולה סוכרת מוצאים סוכר בשתן. מערת השתן כוללת את הכליות, את שלפוחית השתן ואת הצינורות המובילים את השתן. הכליות הן איבר זוגי והן נמצאות באזור המותניים בצדי עמוד השדרה. בתוך הכליות נוצר השתן ע”י סינון הדם. הדם מתנקה וחומרי הפסולת המומסים במים נשארים בכליות בצורת שתן. מן הכליות עובר השתן דרך צינורות הכליות אל שלפוחית השתן. שלפוחית השתן היא כיס שרירי וגמיש שבו השתן יכול להצטבר עד כמות של כחצי ליטר. כאשר השלפוחית מתמלאת, השתן מופרש החוצה דרך צינור השתן. ניתן לשלוט על הפרשת השתן באמצעות השרירים של שלפוחית השתן. שליטה זו נרכשת בגיל הילדות.

מערכת הובלה בצמחים:
לצמחים יש שתי מערכות הובלה. באחת מובלת תמיסה מימית המכילה מלחים, ובשנייה תמיסה מימית המכילה סוכרים. הצינורות נקראים עורקים. המומסים נקלטים ע”י שורשי הצמח. התמיסה חודרת לשורשים דרך היונקות(שערות דקיקות על השורש), ומגיעה אל העורקים הנמצאים במרכז השורש. הצינורות נמשכים מהשורשים עד העלים והפרחים. הצינור עשוי מרצף של תאים מתים. המים והמומסים שבצמח הנקלטים מן הקרקע מגיעים אל הצינורות. כיוונם של התמיסות בצינורות הוא מלמטה למעלה, נגד כוח הכבידה.
תהליך זה קורה ממספר סיבות:
התהליך העיקרי הגורם לכך: הדיות : בעקבות איבוד המים מחלקיו העליונים של הצמח(איבוד המים קורה בגלל תהליך ההתאדות) נמשכים המים כלפי מעלה. משיכה זו אפשרית רק אם עמוד המים בצינורות ההובלה הוא רציף. ואכן הרצף נשמר בדרך כלל בגלל כוחות המשיכה החזקים שבין חלקיקי המים.
תהליכים נוספים:
נימיות : בין חלקיקי המים לדפנות הצינורות קיימים כוחות משיכה ותאחיזה. כוחות אלה חזקים במיוחד בצינורות דקיקים-נימיים, והם הגורמים למים ל”טפס” כלפי מעלה. קוטרם של צינורות ההובלה הנימיים בצמחים נע בין 20 ל – 400 מליוניות המילימטר.
לחץ שורש: המים והמומסים הנקלטים בתאי השורש יוצרים לחץ על המים שבצינורות ההובלה, הדוחף אותם כלפי מעלה. לחץ השורש שנמדד אינו רב. אין הוא יכול לבדו להעלות את המים לגבהים.

פעפוע דרך קרום:
התאים בגוף מוקפים בקרום בעל חדירות בררנית. בתוך התאים ובסביבתם יש תמיסה מימית. המים וחלק מהחומרים המומסים בהם עוברים דרך קרום התא בתהליך הפעפוע, ממקום שבו ריכוזם גבוה למקום שבו ריכוזם נמוך. חומרים אחרים אינם יכולים לעבור דרך הקרום בתהליך הפעפוע. הפעפוע דרך קרום הוא אחד התהליכים החשובים ביותר הפועלים במעבר של חומרים אל תוך התאים ומן התאים החוצה.

דרכים לקליטת מים:(רצוני)
שתייה
מזון
דרכים לפליטת מים:(לא רצוני)
שתן
זיעה
צואה
התאדות
נשימה

המים כממזגים:
חום סגולי: כמות אנרגיית החום הדרושה להעלות את הטמפרטורה של קילוגרם אחד של חומר ב-C°1. למים דרוש חום סגולי גבוה כדי להעלות את הטמ”פ שלו.

הסעת חום: העברת חום ממקום למקום באמצעות תנועה של נוזל או גז.

התאדות: התאדות היא מעבר של חומר ממצב צבירה נוזלי למצב צבירה גזי. הגורמים המשפיעים על מהירות ההתאדות:עומס חום: רוח, טמ”פ, אוויר רווי אדים. פריסה על פני השטח והתאדות מפני השטח.

התאמות למחסור במים:
צמחים מותאמים למחסור המים ע”י 3 דרכים: “בריחה” מתנאי יובש, הגברת קליטת המים או צמצום פליטת המים.

“בריחה” מיובש:
צמחים הפעילים רק בעונת הגשמים נקראים צמחים ה”בורחים” מיובש. יש ביניהם צמחים חד-שנתיים ורב-שנתיים.
צמחים חד-שנתיים רבים נובטים עם רדת הגשמים בעונת הסתיו, מלבלבים ופורחים בחורף ובאביב,מבשילים פירות וזרעים בקיץ, ואחרי פיזור הזרעים הם נובלים. הזרעים שבקרקע נשארים במצב של תרדמה עד בוא הגשמים בשנה הבאה. אז הם נובטים ומתפתחים לצמחים חדשים.
צמחים רב-שנתיים ה”בורחים” מיובש הם בעלי איברי אגירה תת קרקעיים, כמו בצל או פקעת. צמחים אלה מלבלבים ופורחים בדרך כלל בחורף ובאביב, ובקיץ הם מבשילים פירות וזרעים. חלק מן המזון שהעלים מייצרים עובר אל איבר האגירה. בקיץ, אחרי פיזור הזרעים, נובל החלק העליון של הצמח ובאדמה נשאר איבר האגירה ובתוכו ניצן. הצמח נמצא אז בתרדמה. עם בוא הגשמים הניצן מתעורר ומצמיח גבעולים ועלים. הזרעים שהתפזרו נובטים גם הם ומתפתחים לצמחים חדשים.

הגברת קליטת מים: במדבר מוצאים צמחים רבים בעלי מערכות שורשים המותאמת לקליטה יעילה של המים המעטים שבסביבה. ישנם צמחים בעלי שורשים מעמיקים שמצליחים להגיע לעומק הקרקע, למקום שיש בו מים גם כאשר שכבות הקרקע העליוניות יבשות. וישנם צמחים בעלי שורשים מסתעפים לצדדים, המקבלים את מי הגשמים כך שהשורשים קולטים את המים ומאפשרים לצמח להתקיים גם בתנאי מדבר.

צמצום פליטת המים:
המים הנפלטים מן הצמח מתאדים דרך הפיוניות בתהליך הדיות. צמחים המסוגלים לצמצם את כמויות המים הנפלטות בדיות יכולים לעמוד במחסור במים. ציפוי עבה על העלים אוטם אותם מפני פליטת מים משטחם החיצוני חוץ מאשר דרך חומר שומני. עלים בעלי ציפוי עבה הם, לרוב, נוקשים למגע אדם ואינם כומשים אף בזמן מחסור במים.
שעירות העלים והגבעולים היא תכונה נפוצה אצל רבים מבין צמחי האזורים היבשים. השערות מבודדות את הפיוניות מתנאי הסביבה, וכך הן מפחיתות את התאדות המים מן הצמח. לפעמים השערות צפופות מאוד והצמח נראה לבנבן.
פיוניות שקועות מוצאים בצמחי מדבר רבים. התאדות המים מפיוניות שקועות קטנה בהרבה מאשר מפיוניות הנמצאות על פני שטח העלה או הגבעול והחשופות לרוח ולקרינת השמש.
החלפת עלים גדולים בקטנים בין חורף לקיץ מאפשרת לצמח לצמצם מאוד את שטח הדיות ולחסוך במים עד כדי 90%. במדבר ובחולות יש צמחים שאצלם עלי הקיץ קטנים בהרבה מעלי החורף.
עלים גליליים נפוצים גם הם אצל צמחי האזורים היבשים. בעלה גלילי לעומת עלה שטוח שטח הפנים קטן יחסית לנפח העלה, ולכן שטח הדיות מצומצם.