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Il nuovo Invito alla biologia.blu 13/11/11 H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini Il nuovo Invito alla biologia.blu 2 2 2

L’acqua e la vita Capitolo A4 3 13/11/11 3 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 3 3

Le proprietà chimiche dell’acqua 13/11/11 Lezione 1 Le proprietà chimiche dell’acqua 4 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 4 4

13/11/11 L’acqua sulla Terra La Terra è il solo corpo celeste del Sistema solare sulla cui superficie sia presente acqua in tutti e tre gli stati della materia: solido, liquido e aeriforme. 5 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 5 5

La tavola periodica degli elementi 13/11/11 La tavola periodica degli elementi Gli elementi chimici sono ordinati nella tavola periodica in base al loro numero atomico (numero di protoni nel nucleo dell’atomo). 6 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 6 6

13/11/11 La molecola d’acqua Una molecola è un insieme di atomi, uguali o diversi tra loro, tenuti insieme da un legame covalente, che si forma quando due atomi mettono in comune i propri elettroni per raggiungere la stabilità. Nella molecola d’acqua, ogni atomo di idrogeno condivide il proprio elettrone con un atomo di ossigeno, e l’ossigeno ne condivide due, uno con ciascun atomo di idrogeno. 7 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 7 7

13/11/11 I legami polari Tra atomi con elettronegatività diversa si può formare un legame covalente polare, in cui gli elettroni non sono ugualmente condivisi tra i due atomi. La molecola dell’acqua forma un angolo in cui l’ossigeno è posto al vertice e gli atomi di idrogeno si trovano alle due estremità: la molecola risulta polare. 8 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 8 8

Le proprietà fisiche dell’acqua 13/11/11 Lezione 2 Le proprietà fisiche dell’acqua 9 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 9 9

13/11/11 Il legame a idrogeno Allo stato liquido e allo stato solido le molecole d’acqua interagiscono tra loro, formando legami intermolecolari chiamati legami a idrogeno. Ciascuna molecola d’acqua può formare legami a idrogeno con al massimo altre quattro molecole. 10 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 10 10

La tensione superficiale 13/11/11 La tensione superficiale Grazie alla presenza di legami a idrogeno, le molecole d’acqua sono attratte le une verso le altre e presentano una resistenza alla separazione. La forza di attrazione tra molecole della stessa sostanza è chiamata coesione. Una manifestazione visibile della coesione è la tensione superficiale. 11 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 11 11

13/11/11 La forza di adesione A causa della sua polarità, l’acqua presenta anche un’elevata forza di adesione, la capacità di attrarre molecole di sostanze diverse. L’adesione si manifesta solo con sostanze che formino con l’acqua legami intermolecolari. 12 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 12 12

13/11/11 La capillarità La capillarità è una proprietà che risulta dall’azione combinata della coesione tra le molecole d’acqua e dell’adesione alla superficie di un’altra sostanza. Le molecole polari sono attratte dalla superficie libera di un’altra sostanza (come vetro o carta) e trascinano con sé, per coesione, altre molecole di acqua. 13 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 13 13

13/11/11 L’imbibizione L’imbibizione consiste nel movimento capillare delle molecole d’acqua all’interno di materiali porosi come il legno e la gelatina che, di conseguenza, aumentano di volume. Un esempio di imbibizione si osserva quando germinano i semi delle piante. 14 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 14 14

Il calore specifico dell’acqua 13/11/11 Il calore specifico dell’acqua Il calore specifico è la quantità di calore richiesta da 1 g di sostanza per innalzare di 1 °C la sua temperatura. L’unità di misura è la caloria. Il calore specifico dell’acqua è maggiore di quello di quasi tutte le altre sostanze. 15 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 15 15

I cambiamenti di stato dell’acqua /1 13/11/11 I cambiamenti di stato dell’acqua /1 Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di calore necessaria a far passare l’acqua dallo stato liquido allo stato di gas (evaporazione). Il calore latente di vaporizzazione dell’acqua è pari a 540 cal/g. Il calore latente di fusione dell’acqua (per passare dallo stato solido allo stato liquido) è 80 cal/g. 16 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 16 16

I cambiamenti di stato dell’acqua /2 13/11/11 I cambiamenti di stato dell’acqua /2 17 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 17 17

13/11/11 La densità dell’acqua La densità dell’acqua (rapporto tra massa e volume) aumenta quando diminuisce la temperatura, fino a circa 4 °C. Vicino al punto di congelamento, le molecole di acqua si collocano a una certa distanza, formando molti spazi vuoti. Allo stato solido l’acqua occupa un volume maggiore rispetto allo stato liquido e ha quindi minore densità. 18 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 18 18

13/11/11 Il ciclo idrologico Il ciclo idrologico è formato da una serie di passaggi che coinvolgono l’atmosfera, l’idrosfera, la litosfera e i viventi. 19 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 19 19

Le soluzioni acquose Lezione 3 20 13/11/11 20 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 20 20

13/11/11 L’acqua è un solvente Le soluzioni sono miscele omogenee di molecole di due o più sostanze. La sostanza presente in maggiore quantità di solito è allo stato liquido ed è chiamata solvente; quella presente in minore quantità è il soluto. L’acqua è un ottimo solvente, a causa della polarità delle sue molecole. 21 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 21 21

13/11/11 I composti ionici Quando due atomi hanno una differenza di elettronegatività molto alta, si può formare un legame ionico. I composti ionici non formano molecole, ma reticoli cristallini. I legami ionici producono sostanze solide stabili, chiamate sali. Quando i sali entrano in soluzione acquosa, gli ioni si separano. 22 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 22 22

Ione idronio e ione ossidrile 13/11/11 Ione idronio e ione ossidrile A una data temperatura e in un dato volume di acqua pura avviene sempre la ionizzazione di un piccolo ma costante numero di molecole di acqua: 2H2O H3O+ + OH– ione idronio ione ossidrile 23 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 23 23

13/11/11 La scala del pH Un acido è una sostanza che, all’interno di una soluzione, provoca un aumento della concentrazione relativa di ioni H+. Una base è una sostanza che provoca un aumento della concentrazione relativa di ioni OH–. La scala del pH indica il grado di acidità di una sostanza. 24 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 24 24