L’ACQUA
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La struttura chimica |
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Il ciclo naturale dell’acqua |
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Classificazione delle acque |
L’acqua è una delle sostanze più importanti ed essenziali per la vita dell’uomo. Il nostro organismo è costituito per circa il 63% da acqua e la maggior parte delle reazioni chimiche avviene in soluzione acquosa. Sulla terra l’acqua si può trovare allo stato solido, allo stato liquido e allo stato aeriforme.
Vista la particolare importanza e diffusione di questa importante sostanza, le sue proprietà chimico fisiche sono state oggetto di approfondite indagini sperimentali per cui il quadro generale ottenuto risulta abbastanza singolare.
Com’è noto, la molecola d’acqua è costituita da due atomi di idrogeno e uno d’ossigeno e possiede struttura planare. L’angolo tra i due legami, che sono perfettamente equivalenti, è di 105°, mentre la lunghezza di legame è di 0,096 nm.
La molecola d’acqua è polare poiché i due legami covalenti sono polarizzati ed il baricentro delle cariche frazionarie positive non coincide con il baricentro delle cariche frazionari negative.
Il punto di ebollizione e di fusione dell’acqua, paragonato con quello degli idruri degli elementi dello stesso gruppo dell’ossigeno, risulta notevolmente più elevato; i valori ottenuti per estrapolazione grafica, infatti, dovrebbero essere rispettivamente di –64°C e di –84°C. Questo dato dimostra che l’acqua, per passare dallo stato liquido allo stato di vapore, necessita di un a maggiore quantità di energia e che le sue molecole sono più fortemente legate tra loro.
Si è dovuto, pertanto, ammettere che l’attrazione intermolecolare non fosse dovuta soltanto al legame dipolo – dipolo , ma anche da un alto tipo di legame, ossia al legame a idrogeno.
A causa di questo legame le molecole dell’acqua tendono ad attirarsi secondo orientamenti ben precisi e ognuna di esse può essere circondata da altre due, tre o quattro molecole. Nel ghiaccio e nella neve, due molecole si legano attraverso gli atomi di idrogeno e due attraverso i doppietti liberi dell’ossigeno. La struttura spaziale che si viene a creare è di tipo tetraedrico e ogni atomo di ossigeno è circondato da quattro atomi di idrogeno: due legati covalentemente e posti a 0,096 nm e due legati mediante legami ad idrogeno e posti a 0,176 nm. Quando il ghiaccio fonde e il reticolo cristallino viene distrutto, sia la rottura di una parte dei legami a idrogeno e le molecole assumono una struttura più compatta. In conseguenza di ciò, a 0°C il ghiaccio è meno denso dell’acqua e vi galleggia sopra. Per questo fenomeno, apparentemente poco significativo, le rocce vengono disgregate quando l’acqua congela nei loro interstizi
Uno strano comportamento dell’acqua è dovuto al fatto che tra 0-4°C la densità aumenta, mentre tra 4-100°C diminuisce. Evidentemente, nel primo intervallo di temperatura le molecole invece di allontanarsi tra loro, come succede a tutte le altre sostanze, si avvicinano.
Un’altra importante caratteristica dell’acqua allo stadio liquido è l’elevata costante dielettrica che è pari a 81,07 a 18°C. Il valore così alto è dovuto principalmente alla struttura polare delle molecole che in presenza di un campo elettrico si orientano tutte nella stessa direzione e all’esistenza dei legami a idrogeno che intensificano l’effetto dei dipoli orientati.
L’elevata costante dielettrica indica che due particelle cariche elettricamente, per esempio due ioni, immerse nell’acqua si attirano o si respingono con una forza che è circa 1/80 di quella che si manifesterebbe nell’aria.
L'acqua sulla Terra è abbondante (da 1.4 a 1.7 miliardi di km3) essa è per la maggior parte acqua marina, salata e quindi non utilizzabile da animali e vegetali terrestri. Questa suddivisione delle acque è la fotografia istantanea delle masse d'acqua mantenute in movimento da un meccanismo complesso, il ciclo dell’acqua che unisce tutti i sistemi acquatici del pianeta
Superficie terrestre ed atmosfera costituiscono una specie di grande dissalatore ad energia solare. Questa provoca l'evaporazione dell'acqua marina. Circa l'85% di tutta l'acqua che evapora annualmente nell'atmosfera proviene dai mari (~ 500000 km3). Il restante 15% deriva dall'evaporazione delle acque superficiali continentali e, per la maggior parte, dalla traspirazione delle piante (evapotraspirazione). Dall'atmosfera l'acqua ricade poi, come pioggia o neve, sulla superficie terrestre. Il continuo trasferimento dell'acqua, sotto forma di vapore, all'atmosfera e il successivo ricondensarsi del vapore che ricade sulla terra come precipitazioni costituisce il ciclo dell'acqua.
L’acqua non è mai ferma e si sposta da una parte all’altra della terra cambiando continuamente il suo stato di aggregazione. L’acqua dei fiumi, dei laghi e dei mari, infatti , evapora per effetto del calore solare e condensa in minutissime goccioline formando le nuvole; queste, trascinate in altre regioni dai venti, sottoposte a variazioni di temperatura e di pressione, formano la pioggia restituendo acqua pura. A contatto con il suolo, l’acqua piovana solubilizza una certa quota di sali minerali solubili e ritorna al mare attraverso fiumi e torrenti, oppure si raccoglie nelle falde acquifere del sottosuolo.
Questo ciclo naturale, che da milioni di anni si ripete senza interruzioni fornendo acqua pura all’uomo, viene definito ciclo naturale dell’acqua.
A seconda del percorso che le acque seguono nel loro movimento e delle zone in cui si raccolgono, la quantità e il tipo di sostanze che vi si disciolgono possono essere molto varie, conferendo alle acque caratteristiche diverse.
. Gabelli Andrea, Loriani Lucia, Massola Silvana IV D