LE PROPRIETA’ DELL’ACQUA…

L’acqua rappresenta un presupposto essenziale per l’ esplicarsi di ogni forma di vita. E’ nell’acqua che si presume abbia avuto origine la vita. Le riserve di acqua sulla terra sono enormi; inoltre l’ acqua è il costituente quantitativamente più abbondante di tutti gli organismi viventi, dal 54-64% dell’uomo al 95% di certe meduse. La grande importanza biologica dell’acqua deriva dall’insoluta “identità”conferitale dalla struttura della sua molecola. La sua polarità,permettendo la formazione di numerosi legami a idrogeno,oltre a farne un ottimo solvente è responsabile di altre proprietà:solubilità,elevata tensione superficiale, capillarità.

Argomenti Legame idrogeno Polarità dei legami Solubilità Effetto della temperatura Effetto della pressione Tensione superficiale Le gocce Tensione di vapore Capillarità –Esperimento- Carbonatazione Bilancio idrico nel corpo vegetale

Legame idrogeno Il legame idrogeno è un legame intermolecolare ed è un caso di interazione di dipolo-dipolo particolarmente forte che si instaura fra molecole che portano atomi di idrogeno legati ad atomi elettronegativi.In questo caso le attrazioni tra i dipoli sono forti e vengono chiamati legame idrogeno.L’atomo di idrogeno, a causa della sua elevata densità di carica positiva, dovuta al suo piccolo raggio atomico, provoca la formazione di veri e propri ponti tra i due atomi elettronegativi di due molecole vicine. Tale tipo di legame influenza notevolmente la solubilità, il punto di ebollizione e la viscosità dei composti.

Polarità dei legami In alcune molecole come nel caso dell’acqua la distribuzione delle cariche elettriche è disposta nel modo da rendere la sostanza polare. La polarità conferisce alle molecole alcune proprietà particolari, una di queste è il comportamento in vicinanza di un corpo elettricamente carico. Per esempio una bacchetta di vetro se strofinata su di un panno di lana, può caricarsi elettricamente. Essa ora è in grado di attrarre piccoli pezzi di carta , che per induzione a loro volta si sono caricati, ora si ripete l’ esperimento usando dei liquidi , come l’acqua e il ciclo esano. A seconda della polarità della sostanza osserveremo un comportamento diverso, facciamo scorrere un sottile filo di acqua e accostiamo la bacchetta di vetro precedentemente elettrizzata, si nota che il flusso dell’acqua sostanza polare viene deviato. Ora avviciniamo la bacchetta elettrizzata ad una sostanza apolare come il ciclo esano, noteremo quindi che il flusso non viene deviato .

La solubilità Proviamo a preparare una soluzione acquosa di cloruro di sodio : lo riempiamo di acqua distillata e versiamo nell’acqua qualche cucchiaino di sale. Il primo cucchiaino si scioglie completamente; man mano che aggiungiamo il soluto, osserviamo che è sempre più difficile che questo vada in soluzione. Continuando ad aggiungere cloruro di sodio raggiungiamo una situazione in cui il solvente non è più in grado di sciogliere il soluto: in queste condizioni una soluzione si dice satura; se provassimo ad aggiungere dell’altro soluto questo si depositerebbe sul fondo del recipiente: il sale insoluto prende il nome di corpo di fondo. Quando la soluzione si trova in una situazione prossima alla saturazione si dice che è concentrata, mentre quando la quantità di soluto è decisamente inferiore alla quantità che può essere sciolta, la soluzione si dice diluita. La solubilità è quindi la concentrazione della soluzione satura e dipende dalla pressione e dalla temperatura: La solubilità di una sostanza è la massa (espressa in grammi) di quella sostanza che si scioglie in 100 g di solvente a una data temperatura per dare una soluzione satura.

Effetto della temperatura Dalla nostra esperienza sappiamo che quando mettiamo un cucchiaio di zucchero in un bicchiere di acqua fredda si forma un deposito come corpo di fondo. Al contrario l’acqua calda scioglie facilmente lo zucchero , anzi , ne scioglie una quantità maggiore di quella che scioglierebbe in una tazza di acqua fredda. Come accade per lo zucchero, la solubilità della maggior parte dei solidi è influenzata dalla temperatura e ,in genere, aumenta all’ aumentare della temperatura. A differenza di ciò che accade per i soluti solidi, la solubilità dei gas diminuisce all’ aumentare della temperatura. Sappiamo inoltre che a temperature maggiori della temperatura ambiente le bottiglie che contengono soluzioni gassate possono esplodere a causa dell’ aumento di pressione interna alla bottiglia.

Effetto della pressione La temperatura non è l’unica variabile che influenza la solubilità di un gas in un liquido . Una bibita che, da fredda, si riscalda, facilitata di gas (in genere diossido di carbonio). Per quale motivo , se apriamo la lattina ancora fredda, una cospicua quantità di gas abbandona la bibita? La spiegazione di questo fenomeno è data dalla legge di Henry: la solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale che il gas stesso esercita sulla fase liquida. Maggiore è la pressione parziale del biossido di carbonio , maggiore è la sua solubilità all’ interno della bibita.

Tensione superficiale Le molecole all ‘interno dei liquidi si attraggono le une alle altre in tutte le direzioni, mentre quelle che si trovano in superficie sono attratte soltanto dalle molecole sottostanti con una forza così intensa che la superficie dell’ acqua si comporta come una specie di “pelle elastica”, vale a dire che sull’acqua si crea una tensione superficiale. Pertanto: la tensione superficiale è la risultante delle forze di attrazione verso l’interno di un liquido. La tensione superficiale di norma diminuisce all’ aumentare della temperatura e per la presenza di particolari sostanze denominate tensioattivi, sono molecole costituite da lunghe catene idrofobe, cioè non affini all’acqua, che terminano con teste idrofile, cioè affini all’acqua. Tra essi ricordiamo i detersivi che, sciolti in acqua, ne riducono tensione superficiale.

La forma delle gocce La tensione superficiale è responsabile della forma assunta dalle gocce di un liquido. Liquidi ad una elevata tensione superficiale come il mercurio danno delle gocce sferiche che non tendono a schiacciarsi. L’acqua invece,che ha una tensione superficiale minore, forma delle gocce che tendono a schiacciarsi facilmente. Tuttavia la forma assunta dalle gocce oltre che dalla tensione superficiale del liquido dipende anche dalla natura del materiale con cui il liquido interagisce .Se facciamo cadere una goccia d’acqua su un foglio di carta oleata notiamo subito che assume una forma più sferica;tale effetto è dovuto alla diversa interazione tra la superficie dell’acqua e quella della carta oleata. Anche la presenza di eventuali soluti può influenzare la forma delle gocce .Se nell’acqua è presente un sapone, la goccia tenderà a spandersi più facilmente per via della diminuzione della sua tensione superficiale

Tensione di vapore I liquidi,per loro natura,tendono a evaporare facilmente:lo si può osservare tutte le volte che si lascia dell’acqua in un bicchiere o una bottiglia di liquore aperta .Una misura della facilità con cui i liquidi evaporano è data dalla tensione di vapore. La tensione di vapore indica la pressione del vapore che si trova in equilibrio con il liquido sottostante.Supponiamo di versare in un recipiente dell’acqua e di tappare immediatamente il recipiente.Le particelle di liquido che possiedono una maggiore energia cinetica tendono ad allontanarsi dal liquido passando allo stato di vapore;dal momento che il recipiente è chiuso,tali particelle rimarranno intrappolate nello spazio compreso tra il liquido e la superficie interna del recipiente.Dopo un certo tempo,il numero di particelle passate allo stato di vapore comincia a esercitare pressione tale sulla superficie del liquido da ostacolare l’evaporazione di altre particelle. Questo è un equilibrio dinamico. La pressione esercitata dalle particelle che si trovano nella fase vapore corrisponde alla tensione di vapore del liquido. La tensione di vapore è influenzata dalla temperatura.

La capillarità Connessa alla tensione superficiale è anche il fenomeno della capillarità. Quando un capillare, un sottilissimo tubicino di vetro o altro materiale, viene immerso in un liquido, il livello del liquido all’interno del tubicino è tanto più altro quanto più stretto e il suo diametro. Questo fenomeno è spiegato dall’ esistenza di forza d’attrazione tra le molecole dell’ acqua e le pareti dei tubi:forze dette d’ADESIONE. Il fenomeno della capillarità è molto importante in natura, poiché le radici degli arbusti muniti da tubicini sottili, per capillarità assorbono dal terreno l’acqua necessaria per la vita della pianta. Questo fenomeno che l’ uomo ha sfruttato in più occasioni si può dimostrare con un esperimento:

Esperimento: Abbiamo utilizzato due tubicini con diametro diverso, uno maggiore ed uno minore. Abbiamo posto un baker con dell’ acqua colorata su un fornellino . Inserendo i due tubicini abbiamo notato che l’ acqua sale velocemente nel tubicino con diametro minore.

La carbonatazione Le caratteristiche più importanti dell’ acqua che beviamo al giorno d’ oggi sono due: il sapore acido ed effervescente. Queste sono dovute alla presenza di anidride carbonica disciolta. La presenza di CO2 è data da fenomeni naturali o artificiali, tramite il processo di carbonatazione . Il primo ad ideare questo processo fu Joseph Priestley. La forma delle bevande gassate come tonico per la salute è durata per molto tempo. Molti sostengono che le bibite gassate andrebbero evitate poiché gonfiano e fanno ingrassare. Uno studio britannico rivela inoltre che alcune bibite potrebbero essere responsabili di gravi danni alle cellule del nostro organismo provocando invecchiamento.

Bilancio idrico nel corpo vegetale Dopo una pioggia le piante assorbono l’ acqua piovana dal suolo attraverso l’ apparato radicale. Una volta entrata nelle radici , l’ acqua viene in parte immagazzinata in cellule specializzate presenti nella porzione centrale più interna del cilindro radicale:milioni di peli radicali si dipartono dalle cellule delle radici laterali nello spazio interstiziale tra le particelle di suolo. Tale forza può spingere l’ acqua a uscire dalle foglie dove si può depositare sotto forma di piccole goccioline. La principale spiegazione del trasporto di acqua nelle pianete consiste nella traspirazione , un fenomeno che si potrebbe definire ingegneria naturale. La traspirazione è la perdita do acqua tramite evaporazione dai fusti e dalle foglie, soprattutto attraverso piccole aperture chiamate stomi. Le molecole d’ acqua tendono sia a mantenersi in forte coesione con altre molecole d’ acqua , sia ad aderire a molecole diverse.. Come risultato, a muoversi verso l’ alto nel vaso xilematico è tutta la colonna di liquido, con una nuova molecola di acqua che viene fatta entrare nella parte inferiore attraverso le radici. Nei fiori tagliati la stessa forza risucchia l ‘aria all’ interno dei vasi xilematici. Nei giorno caldi e secchi l’ evaporazione dalle foglie può superare l’ assorbimento idrico delle radici: in tal caso, la tensione della catena di molecole d ‘ acqua in ciascun vaso xilematico diventa sempre più forte.

Classe 3B liceo classico sede di Telese Terme Dell’Istituto Telesi@ Coordinato dalla prof. Angela Di Paola