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LACQUA. Lacqua è coinvolta in tutti i processi degli esseri viventi. E così comune che spesso è stata trattata con indifferenza, come se fosse solo.

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1 LACQUA

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3 Lacqua è coinvolta in tutti i processi degli esseri viventi. E così comune che spesso è stata trattata con indifferenza, come se fosse solo un riempitivo. Invece si è visto che è molto reattiva con proprietà chimiche e fisiche diverse dalla maggior parte degli altri liquidi

4 La vita come noi la conosciamo sarebbe impossibile senza queste proprietà. Tutti gli esseri viventi sono costituiti, infatti, almeno per il 75% di acqua. La proprietà dellacqua così importanti per la vita dipendono direttamente dalla sua struttura.

5 Lacqua ha sempre affascinato gli scienziati di ogni epoca Per questo TALETE ( a.c. circa) affermava che tutta la materia fosse ACQUA e che fosse un ELEMENTO.

6 Solo nel 1774 lo scienziato Henry Cavendish dimostrò che lACQUA era un COMPOSTO formato da idrogeno e ossigeno.

7 STRUTTURA ELETTRONICA DEGLI ATOMI DI IDROGENO E OSSIGENO

8 - + IDROGENO 1 H IDROGENO 1,0079 N° protoni + neutroni N° protoni / elettroni All idrogeno manca un elettrone per completare il livello

9 OSSIGENO 8 O OSSIGENO 16 N° protoni + neutroni N° protoni / elettroni All ossigeno mancano due elettroni per completare il livello

10 ELETTRONE OSSIGENO IDROGENO FORMAZIONE DI UNA MOLECOLA DELLACQUA Mettendo in compartecipazione gli elettroni ognuno dei tre atomi completa il proprio livello elettronico Si forma un LEGAME COVALENTE Sperimentalmente si osserva che gli angoli di legame H – O – H sono a 105° tra loro. O H H 105 ° O H H Formula di struttura

11 + - δ δ POLARITÀ DELLACQUA Lossigeno, come tutti gli elementi della tavola periodica che si trovano a destra e in alto della tavola periodica tende ad attrarre su di sé gli elettroni del legame. Viceversa lidrogeno ha tendenza a cedere gli elettroni del legame. Si dice che lossigeno è più elettronegativo dellidrogeno. Quindi gli elettroni del legame tendono a trovarsi mediamente più vicini allatomo di ossigeno che a quello di idrogeno. Ne risulta unineguale distribuzione di cariche Il legame viene detto COVALENTE POLARE

12 La molecola dell acqua si può considerare un dipolo con una parte parzialmente negativa (corrispondente alla zona dellossigeno) e una parzialmente positiva (corrispondente alla zona degli idrogeni). Nella scala di Pauling la differenza di elettronegatività fra H e O è 1,4 che corrisponde a un legame avente circa il 40% di carattere ionico δ+ δ- -

13 Per questo motivo latomo di idrogeno di una molecola di acqua è attratto mediante forze elettrostatiche dallatomo di ossigeno di unaltra molecola di acqua. Questo legame debole è detto LEGAME A IDROGENO IL LEGAME A IDROGENO

14 Dimostriamo che lacqua è una molecola polare

15 + - Il filo dacqua è verticale Facciamo scorrere dellacqua da una buretta

16 Strofinando una bacchetta con un panno, questa si carica elettrostaticamente Avvicinandola alla buretta, si nota una deviazione del filo dacqua verso la bacchetta La carica della bacchetta induce le molecole dacqua a disporsi con la parte che ha carica di segno contrario. Si ha attrazione elettrostatica

17 CONFRONTO CON LH2S Anche se è un legame molto debole è sufficiente a far sì che le molecole dacqua siano più strettamente legate fra loro rispetto ad altre molecole simili. Altre molecole, anche a peso molecolare maggiore come lacido solfidrico, hanno una differenza molto piccola di elettronegatività fra gli atomi coinvolti nel legame, quindi non formano legami covalenti polari e di conseguenza non formano legami a idrogeno. (per rompere un legame a idrogeno bastano circa 4 Kcal/mol contro le 110 che ci vogliono per rompere un legame covalente O-H)

18 CaratteristicaAcqua (H2O)Acido solfidrico (H2S) Peso molecolare 1834 Temperatura di fusione 0 °-86°C Temperatura di ebollizione 100 °C-60°C Differenza di elettronegatività 1,40,38 Polarità del legame sino Forma legami a idrogeno sino Lacqua invece bolle ad una temperatura molto più alta di quelle che si misurano sulla superficie terrestre, anche se è una molecola relativamente piccola. Ci vuole infatti più energia ad allontanare molecole più strettamente legate fra loro. La maggior parte delle sostanze a basso peso molecolare sono gassose a temperatura ambiente.

19 CARATTERISTICHE DELLACQUA Le caratteristiche principali derivanti dalla polarità dellacqua sono: Alto potere solvente per i sali Non scioglie i composti apolari Presenta il fenomeno della tensione superficiale Alto punto di fusione Alto punto di ebollizione Alto calore di vaporizzazione Acqua allo stato liquido Acqua allo stato solido Acqua allo stato gassoso Lacqua è uno dei pochi composti che alle temperature ordinarie presenti sulla Terra presenta contemporaneamente tutti e tre gli stati di aggregazione

20 Il cloruro di sodio è un cristallo ionico, formato da ioni Na+ e Cl- posti ai vertici di infiniti cubi. Milioni di atomi in fila sono visibili ad occhio nudo

21 Vediamo perché lacqua scioglie i sali ionici o parzialmente ionici

22 Le molecole di acqua si dispongono attorno allo ione Na + con la parte negativa Gli ioni Cl- attraggono invece la parte positiva dellacqua

23 Le molecole di acqua staccano gli ioni dal reticolo cristallino. Si ha la disgregazione del cristallo. Gli ioni singoli non sono visibili ad occhio nudo. I l sale si è SCIOLTO

24 Viceversa lacqua non scioglie i composti non polari (come lolio) perché non si stabiliscono queste forze attrattive - +

25 - Vi sono alcuni composti, come i saponi e alcuni grassi polari che hanno nella loro molecola zone idrofile (polari) e zone idrofobe (non polari). --

26 In acqua si dispongono in modo da esporre la parte idrofila, mentre le estremità idrofobiche tendono ad evitare il contatto con lacqua. Questi aggregati si chiamano MICELLE - +

27 La tendenza dellacqua a formare micelle con i lipidi polari è importante nella formazione delle membrane biologiche. Le micelle sono state probabilmente il primo tentativo di organizzazione cellulare nei mari poco profondi, (ricchi di materiale organico), nei quali si pensa si sia originata la vita. - +

28 IL CALORE SPECIFICO DELLACQUA A causa dei legami a idrogeno le molecole dacqua sono più strettamente legate fra loro rispetto ad altri liquidi Quindi serve molta energia per far innalzare la temperatura dellacqua e per farla evaporare

29 37 °C 36 °C Quando si suda lacqua presente nei tessuti umani evapora facendo abbassare la temperatura corporea. Questo meccanismo si chiama TERMOREGOLAZIONE. Si dice, allora che lacqua ha un alto CALORE SPECIFICO (540 Kcal/Kg)

30 LA PROPRIETÀ DEL GHIACCIO Il ghiaccio ha un importante proprietà fisica: allo stato solido è meno denso dellacqua. Infatti, alla temperatura di 0 °C si ha: densità ghiaccio = 0,9168 g/cm 3 densità acqua liquida =0,9998 g/cm 3 In ciò il ghiaccio si differenzia dalla maggior parte delle altre sostanze.

31 LA STRUTTURA CRISTALLINA DEL GHIACCIO La minore densità del ghiaccio si spiega considerando il modo con cui lacqua solidifica Infatti, nel ghiaccio, le molecole di acqua, si dispongono ai vertici di esagoni regolari, rispettando la formazione dei legami a idrogeno Questa conformazione è tale che vi siano delle regioni vuote che diminuiscono limpaccamento delle molecole rispetto allacqua liquida

32 Questo spiega il motivo per cui il ghiaccio galleggia sull'acqua. Ciò è molto importante Il ghiaccio, rimanendo in superficie, protegge da un ulteriore abbassamento della temperatura gli strati dacqua sottostanti. Al di sotto dello strato ghiacciato, infatti, la temperatura rimane superiore allo zero, consentendo la vita dei pesci e di tutti gli altri organismi della comunità acquatica. Se il ghiaccio fosse stato più pesante dellacqua, si ghiaccerebbe tutta lacqua del mare, ad eccezione di un piccolo strato superficiale.

33 EROSIONE La proprietà dell'acqua di espandersi quando congela ha ripercussioni geologiche ed ecologiche notevoli. Quando penetra nelle fessure delle rocce e solidifica, aumenta di volume ed esercita una pressione in grado di frantumarle: questo processo contribuisce quindi al fenomeno dellEROSIONE

34 Si poggia un ago su un foglio di carta assorbente posto delicatamente sullacqua Si bagnano i bordi del foglio per appesantirlo. Quando il foglio di carta va a fondo lago rimane a galla Agitando la superficie dellacqua lago va a fondo

35 Lo stesso fenomeno avviene versando del detersivo A causa del legame a idrogeno le molecole di acqua formano sono più strettamente legate e formano una specie di pellicola impermeabile. Questo fenomeno è detto TENSIONE SUPERFICIALE Tutto ciò che altera questo equilibrio rompe la pellicola impermeabile di acqua.

36 La tensione superficiale spiega anche perché gli insetti, vincendo la forza di gravità riescono a pattinare sullacqua.

37 Il fenomeno della tensione superficiale spiega anche perché una goccia dacqua è sferica! Le molecole in superficie subiscono unattrazione diversa da quelle nel centro. Quindi la superficie dellacqua subisce unattrazione verso il centro cercando di ottenere la minor area possibile; ecco il motivo della forma sferoidale della goccia d'acqua!

38 Ed inoltre… Tutte le reazioni chimiche del nostro metabolismo avvengono in acqua Il mezzo liquido favorisce linterazione delle molecole perché facilita gli urti efficaci… SENZA LACQUA NON CI SAREBBE VITA

39 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFIA B.H.Mahan Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano Morrison Boyd – Chimica Organica, CEA Ternay – Chimica Organica Contemporanea, CEA I. Polati - G. Sacco, Chimica, Juvenilia Le immagini sono tratte da internet

40 Hanno partecipato Consuelo Alfieri, Marika Bagnolo, Matteo, Castelluzzo, Alessia Cazzetta, Marco Cazzetta, M. Chiara Cazzetta, Serena De Blasi, Desiree De Pasca, Sara Colizzi, Cristina Montagna, Ylenia Saracino, Gloria Toma, Marina Villani Docente: Michelina Occhioni Gli alunni della 2A della Scuola Secondaria di primo grado di Palmariggi a.s (Istituto Comprensivo Muro Leccese)


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