Biologia per istituti tecnici/L'acqua
L'acqua è molto importante per gli esseri viventi, poiché rappresenta il componente più abbondante. Senza l'acqua (soprattutto in forma liquida) la vita non potrebbe esistere.
Struttura della molecola
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![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/H2O_2D_labelled.svg/220px-H2O_2D_labelled.svg.png)
L'acqua è una molecola, formata da due atomi di idrogeno legati ad un atomo di ossigeno. La formula chimica più semplice con cui viene rappresentata è H2O, detta formula grezza ("grezza" perché si osserva solo il tipo e il numero di atomi legati tra loro).
La formula di struttura invece fa notare che gli idrogeni sono legati agli ossigeni con un legame covalente ciascuno e questi legami formano un angolo di circa 104°. Il legame covalente si rappresenta graficamente con una linea nera.
Il legame covalente è un tipo di legame chimico che avviene quando due atomi si scambiano tra di loro due o più elettroni. Lo scambio di elettroni obbliga i due atomi a restare uniti. Gli elettroni scambiati si muovono da un atomo all'altro però nel caso dell'acqua i due atomi sono diversi (idrogeno e ossigeno) ed essi passano più tempo vicino all'ossigeno. Essendo gli elettroni negativi fanno sì che l'ossigeno presenti una parziale carica negativa e, di conseguenza, i due idrogeni presentano una parziale carica positiva. La molecola d'acqua diventa così una molecola polare, con un polo negativo e due poli positivi.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/69/Watermolecule.png/220px-Watermolecule.png)
Legame a idrogeno
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La conseguenza più importante del fatto che la molecola di ossigeno presenta cariche positive e negative è che si formano dei legami elettrostatici tra le molecole, poiché la carica positiva è attratta da quella negativa. Il legame che si forma si chiama legame a idrogeno e si forma quindi tra l'idrogeno di una molecola e l'ossigeno di un'altra molecola che si trova nelle vicinanze. Una singola molecola d'acqua può fare al massimo quattro legami a idrogeno e nell'acqua liquida si formano e si rompono in continuazione (mediamente ce ne sono 2,4). Nel ghiaccio i quattro legami si formano tutti e diventano stabili.
Proprietà principali
modificaLa presenza dei legami a idrogeno tra le molecole determina tutte le principali proprietà dell'acqua.
Coesione e adesione
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La coesione è la forza che tiene unite molecole dello stesso tipo. Nel caso dell'acqua la coesione è determinata dai legami a idrogeno. Questa forza fa sì che le molecole tendono a stare unite anche quando ci sono forze contrastanti. Ad esempio quando si riempie un contenitore di acqua fino al bordo in realtà lo si può superare senza che l'acqua fuoriesca.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/43/Spider_web_Luc_Viatour.jpg/220px-Spider_web_Luc_Viatour.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f4/Drops_I.jpg/220px-Drops_I.jpg)
L'adesione invece è la forza che tiene unite molecole, sostanze di tipo diverso, ad esempio acqua e vetro. Una goccia rimane attaccata al vetro grazie a queste forze.
Tensione superficiale
modificaNella superficie dell'acqua le molecole sono legate tra loro grazie ai legami a idrogeno e questo determina la formazione di una specie di pellicola elastica invisibile. Questo fenomeno si chiama tensione superficiale. La tensione superficiale è utilizzata dagli insetti per pattinare sull'acqua senza sprofondare. Oppure si riesce a far galleggiare un graffetta di metallo o una piccola moneta (che essendo più denso dovrebbe sprofondare). Le gocce d'acqua tendono ad essere sferiche anche grazie a questa "pellicola" invisibile (ma anche a causa delle forze di coesione).
I tensioattivi, come i saponi e i detergenti in generale, sono sostanze che diminuiscono o eliminano la tensione superficiale.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Wasserl%C3%A4ufer_bei_der_Paarung_crop.jpg/220px-Wasserl%C3%A4ufer_bei_der_Paarung_crop.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9c/2006-01-15_coin_on_water.jpg/220px-2006-01-15_coin_on_water.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Surface_tension_March_2009-3.jpg/220px-Surface_tension_March_2009-3.jpg)
Capillarità
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Se si immerge parzialmente in acqua un tubicino di vetro (in verticale) si osserva che l'acqua risale un po'. Tanto più è stretto, tanto più risale. Questo fenomeno si chiama capillarità ed è una conseguenza dei fenomeni di coesione e adesione che agiscono contemporaneamente quando l'acqua si trova in un contenitore stretto come un tubo. L'adesione fa sollevare i bordi dell'acqua sulla parete e la coesione si tira dietro anche l'acqua che sta sotto.
Densità
modificaLa densità esprime il rapporto tra massa e volume di un corpo. d=m/V. Nel caso dell'acqua la densità è di circa 1g/cm3 (= 1kg/dm3 = 1kg/L).
La massima densità viene raggiunta allo stato liquido a 4°C (ed è una eccezione rispetto al comportamento di altre sostanze). La tabella sottostante mostra le diverse densità alle varie temperature. Il ghiaccio è meno denso poiché quando si stabilizzano i legami a idrogeno, le molecole devono allontanarsi un po' diminuendo la densità. Il ghiaccio infatti galleggia.
Temperatura (°C) | Densità (g/cm3) | Volume specifico (cm3/g) |
---|---|---|
100 | 0,9584 | 1,0434 |
80 | 0,9718 | 1,0290 |
60 | 0,9832 | 1,0171 |
40 | 0,9922 | 1,00786 |
30 | 0,9956502 | 1,00437 |
25 | 0,9970479 | 1,00296 |
22 | 0,9977735 | 1,00223 |
20 | 0,9982071 | 1,001796 |
15 | 0,9991026 | 1,000898 |
10 | 0,9997026 | 1,000297 |
4 | 0,9999720 | 1,0000280 |
0 | 0,9998395 | 1,00016 |
−10 | 0,998117 | 1,001886 |
−20 | 0,993547 | 1,006495 |
−30 | 0,983854 | 1,01641 |
Soluzioni
modificaUna soluzione è un miscuglio omogeneo tra due sostanze (e quella più abbondante viene definita solvente). L'acqua è un ottimo solvente per tutte le sostanze polari, per esempio i sali, grazie alle cariche positive e negative che le molecole presentano. Il disegno mostra come le molecole con le loro cariche riescono a circondare e portare in soluzione uno ione.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/89/SaltInWaterSolutionLiquid.jpg/220px-SaltInWaterSolutionLiquid.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/67/Na%2BH2O.svg/220px-Na%2BH2O.svg.png)
Esercizi sull'acqua
modificaNella pagina Esercizi sull'acqua puoi svolgere alcuni esercizi on-line riguardo all'argomento.