ACQUA L`acqua è un composto chimico con la formula chimica H2O

ACQUA
L'acqua è un composto chimico con la formula chimica H2O. Una molecola di acqua
contiene un ossigeno e due atomi di idrogeno legati da legami covalenti. L'acqua è un
liquido a temperatura e pressione ambiente, ma spesso esiste sulla Terra anche allo stato
solido come ghiaccio e allo stato gassoso come vapore acqueo.
Nell'universo è presente una grande quantità di acqua che si è formata come
sottoprodotto della formazione stellare.
Quando le stelle hanno terminato il loro ciclo subiscono una contrazione accompagnato
poi da una violenta esplosione che ha creato un forte vento cosmico in espansione
composto di gas e polveri contenenti grandi quantità di acqua.
L'acqua infatti è stata individuata in nubi interstellari e all'interno della nostra galassia: la
Via Lattea. L’acqua probabilmente esiste in abbondanza anche in altre galassie perché i
suoi componenti, idrogeno e ossigeno, sono tra gli elementi più abbondanti nell'universo.
Nelle atmosfere dei pianeti del sistema solare è presente il vapore acqueo in quantità
non trascurabile, ma soprattutto concentrato come ghiaccio d’acqua ai poli,:
Atmosfera di Mercurio: 3,4%,
Atmosfera di Venere: 0,002%
Atmosfera terrestre: 0.40%
Atmosfera di Marte: 0,03%
Atmosfera di Giove: 0,0004%
Atmosfera di Saturno: solo ghiaccio
L'acqua liquida in grandi quantità è presente solo sulla Terra con il 71% della superficie
occupata dagli oceani: evento fortunato perché l’acqua è essenziale per tutte le forme di
vita.
Caratteristiche chimiche e fisiche dell'acqua:
L’acqua è un minerale veramente straordinario; per la sua composizione e per peso
molecolare l’acqua dovrebbe essere un gas, invece a temperatura e pressione ambiente è
liquida a causa delle caratteristiche eccezionali della sua molecola; questo fenomeno ha
permesso la nascita della vita sul nostro pianeta.
La ragione di questa caratteristica anomala dal punto di vista chimico è dovuta alla
peculiarità della molecola d'acqua che non risulta neutra; infatti l'atomo di ossigeno ha
una carica elettrica leggermente superiore alla somma della carica degli atomi di idrogeno
che risultano essere leggermente positivi, si ha come risultato di avere la molecola
dell'acqua che è polare.
Questa polarità residua della molecola dell’acqua produce un numero molto elevato di
legami idrogeno temporanei che si alternano secondo le vibrazioni fra le molecole; tale
caratteristica porta a formare aggregazione di molecole di peso elevato con legami e
attrazioni tra le molecole dell' acqua che si comportano come fossero calamite
temporanee che danno luogo ad un composto di alto peso molecolare medio a
temperatura e pressione ambiente con punto di ebollizione molto più elevato della
molecola singola dell’acqua.
L’acqua allo stato liquido possiede un’alta tensione superficiale unita a notevoli forze di
adesione capillare per alcune sostanze.
La forza capillare é la tendenza dell’ acqua di aderire e risalire lungo i tubi sottili con
superfici idrofile tali da vincere la forza di gravità.
Questa proprietà specifica dell’acqua è generalizzata in natura, permette fra l’altro agli
alberi di assorbire l’acqua con le radici e farla risalire come linfa fino alla cima degli alberi :
un tragitto che può essere anche di un centinaio di metri..
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L'acqua è un buon solvente polare e viene spesso indicata come il solvente universale.
Le sostanze che si sciolgono in acqua sono usualmente: sali, zuccheri, acidi, alcali, e
alcuni gas, in particolare ossigeno e anidride carbonica che sono note come sostanze
idrofile.
Quindi se misceliamo dei cristalli di zucchero o di sale con acqua, questi sono circondati
dalle molecole d’acqua che vi aderiscono e li rivestono rompendo i legami esistenti fra le
loro molecole, nel caso del sale l’acqua penetra fra gli atomi di cloro e sodio che formano
il cristallo, li stacca e si combina con essi formando ioni che si diffondono nel liquido
portandoli in soluzione.
Altre sostanze sono note come idrofobe: cioè nemiche dell'acqua che non vi
aderiscono anzi le scacciano e non si fanno bagnare (ad esempio i grassi e gli oli e le
cere).
Anche questa caratteristica è importantissima, per esempio se le piante non avessero le
foglie rivestite di un sottilissimo strato di queste sostanze l’acqua penetrerebbe nelle
cellule distruggendole, mentre all’interno del corpo vegetale della pianta è essenziale che
sali e zuccheri siano sciolti nella linfa (formata in grande quantità da acqua) e possano
liberamente circolare in soluzione per il ciclo biologico della pianta.
L'acqua abbiamo visto che è un liquido a temperatura e pressione ambiente ed é insapore
e inodore.
Il colore proprio dell'acqua e del ghiaccio in grandi spessori è leggermente blu, ma sono
entrambi incolori in piccoli spessori. Il vapore acqueo è essenzialmente invisibile come
tutti i gas.
L'acqua fino a spessori di alcuni metri è trasparente alla luce dello spettro del visibile che
la può ’attraversare, ciò permette alle piante acquatiche di assorbire la luce solare e di
vivere fino alla profondità di alcuni metri.
Il punto di ebollizione dell'acqua (come anche di altri liquidi) dipende dalla pressione
barometrica. Ad esempio, sulla cima del monte Everest (8000 metri) dove la pressione è
molto ridotta, l’acqua bolle a 68 ° C rispetto ai 100 ° C a livello del mare.
Al contrario, l'acqua nella profondità degli oceani per l’enorme pressione esistente sul
fondo marino rimane ancora allo stato liquido nonostante le soluzioni acquose dei
“fumaioli neri” vengano emesse alla temperatura di 350-400°C.
L'acqua ha un elevato calore specifico, nonché un elevato calore di evaporazione,
come conseguenza dei potenti legami idrogeno che aggregano le molecole.
Questa proprietà insolita e specifica dell’acqua permette di temperare il clima della
Terra, moderando le ampie fluttuazioni di calore causate da insolazione e dispersione di
calore nell’atmosfera in forza delle grandi quantità di calore assorbito con l’ evaporazione
e dalla condensazione dell’acqua superficiale. L’elevato calore specifico dell’acqua ci
permette inoltre di poter lessare i cibi per l’alta quantità di calore necessario alla sua
trasformazione da stato liquido a stato gassoso.
La densità massima dell’acqua è riscontrata a 3,98 ° C. ed ha anche l'anomala
proprietà di diventare meno densa quando la temperatura si abbassa fino al punto di
congelamento di 0°C.
Quando passa da 3,98 ° C ai 0°C e si forma il ghiaccio (acqua nella fase solida), questo
si espande ed aumenta il suo volume del 9% circa.
Per questo motivo il ghiaccio galleggia sull'acqua come avviene per gli Iceberg.
Infatti la sua densità allo stato liquido a 4 °C è di 1000 gr./dm cubico, mentre quando
diventa ghiaccio, scende alla densità di 917 gr. , se non avesse questa anomala
caratteristica e si comportasse come tutti gli altri materiali il ghiaccio formato affonderebbe
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nell’acqua liquida e come conseguenza l’acqua del mare si sarebbe trasformata in una
completa massa ghiacciata, impedendo sicuramente il formarsi della vita.
L'acqua è miscibile con alcuni liquidi polari come :alcool etilico, acetone e con essi forma
una soluzione omogenea mentre con gli oli, sia minerali lubrificanti che quelli organici
come l’olio d’oliva, di girasole, ecc. che sono non polari, è immiscibile ed essendo più
leggeri formano strati separati che galleggiano sull’acqua..
L’acqua allo stato di vapore è miscibile coi gas dell’aria e quando per raffreddamento si
condensa nell'aria forma nuvole, nebbie e foschie e in particolari condizioni le goccioline
possono con la luce del sole produrre arcobaleni per la scomposizione dello spettro
solare.
L'acqua può essere scissa nei suoi componenti gassosi di idrogeno ed ossigeno
per mezzo della corrente elettrica nell’elettrolisi; però l'energia richiesta per scindere
l'acqua in idrogeno e ossigeno è maggiore dell'energia che potrebbe sviluppare quando si
fanno ricombinare idrogeno e ossigeno (per esempio nella combustione).
I composti organici combustibili, come cellulosa (legno) oli minerali (petrolio) oppure
grassi organici, che contengono catene di carbonio e idrogeno si combinano ad alta
temperatura con l’ossigeno a produrre ossido di idrogeno, cioè acqua e anidride
carbonica, quindi anche l’acqua è un prodotto finale della combustione delle sostanze
organiche.
Nel linguaggio tecnico le varie branche dello studio dell’acqua utilizzano parole specifiche,
così: l’idrologia è lo studio del movimento, la distribuzione e la qualità delle acque di tutta
la Terra, mentre nello specifico lo studio della distribuzione dell’acqua sulla superficie
terrestre è detta idrografia; lo studio della distribuzione e il movimento delle acque
sotterranee è idrogeologia. Invece lo studio della forma solida dell’acqua cioè dei ghiacciai
è detta glaciologia ed infine la distribuzione dell’acqua negli oceani è oceanografia.
Sulla Terra, il 96,5% di tutta l’acqua del pianeta si trova negli oceani, il resto è contenuta
per il 1,7% nelle acque sotterranee, la stessa quantità dell’1,7% è solida nei ghiacciai e
nelle calotte polari ed infine una piccola frazione nei laghi e un misero 0,001%
nell’atmosfera sotto forma di vapore e nuvole (che sono formate da particelle d'acqua
liquide e solide in cristalli sospese in aria).
Solamente il 2,5 % dell'acqua della Terra è acqua dolce, e di questa ben il 98,8% è nel
ghiaccio delle calotte e dei ghiacciai e nelle acque sotterranee. Meno dello 0,3% di tutta
l'acqua della Terra è in fiumi, laghi e nell'atmosfera .
L'acqua sulla Terra espone una grandissima superficie all’ evaporazione (oltre il 70% della
superficie terrestre) per mezzo del vento e dell’insolazione grandi quantità passano dallo
stato liquido a quello gassoso penetrando nell’atmosfera alimentando il cosiddetto ciclo
dell'acqua. Con la successiva condensazione del vapore acqueo si formano le nuvole, da
cui precipita sulla superficie terrestre come pioggia o neve specie nelle zone montuose.
Quando le nuvole con la pioggia portano l’acqua sulla terra, la maggior parte dell’acqua
ritorna agli oceani con il trasporto fluviale accompagnata da grandi quantità di sedimenti
che ha raccolto e asportato con l'erosione e il ruscellamento, perciò sulla superficie
terrestre l’acqua che scorre influisce massicciamente nei processi, sia chimici che fisici,
sulla disgregazione delle rocce e con il suo scorrere sia in forma liquida delle acque
superficiali o solida dei ghiacciai è responsabile della formazione e del trasporto di
enormi quantità di materiale roccioso verso il mare.
Questo ciclo (noto scientificamente come ciclo idrologico) si riferisce al continuo
passaggio di grandi quantità di acqua all'interno della idrosfera, passando
continuamente di stato da acqua liquida a vapore a ghiaccio e viceversa.
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L'acqua è importante anche in molti processi geologici. Le acque sotterranee sono
presenti nella maggior parte delle rocce, anche nelle rocce vulcaniche incandescenti
combinate come minerali idrati. Infatti l'acqua contenuta nei sedimenti oceanici è poi
trascinata in zone di subduzione e entrando nel mantello contribuisce alla fusione dei
magmi che sgorgano dai vulcani provocando con altri gas esplosioni e “nubi ardenti”.
Perciò sia l’acqua e in misura minore il ghiaccio, sono responsabili del trasporto delle
enormi quantità di solidi di alterazione della crosta terrestre, generando con la
compattazione del sedimento trasportato molti tipi di rocce sedimentarie. Perciò ghiaccio
e acqua modellano l'ambiente e creano le valli fluviali e i delta che forniscono
terreno fertile e pianeggiante per il creazione di centri abitati, i residui di disgregazione
delle rocce e dei terreni depositandosi alla fine in mare, formano le scarpate continentali
che sono importanti serbatoi di zone per la pesca
Parti considerevoli delle precipitazioni sono intrappolate temporaneamente nei laghi
come acqua liquida e nelle calotte polari sotto forma di ghiaccio e nelle alte catene
montuose dove la neve forma i ghiacciai.
Parte dell’acqua meteorica abbiamo visto che si infiltra anche nel terreno e va nelle falde
acquifere. Queste acque sotterranee in seguito rifluiscono in superficie con le sorgenti
e a volte nelle spettacolari sorgenti calde e nei geyser.
Le acque sotterranee a volte sgorgano dalle sorgenti ma a volte sono anche estratte
artificialmente in pozzi.
Questo deposito di acqua sotterranea è importante, dal momento che è una riserva di
acqua fresca e pulita ed essenziale per la popolazione umana e per gli animali.
Non va dimenticata l’acqua fossile presente nei terreni desertici, é penetrata nel
sottosuolo quando la zona aveva una piovosità abbondante e al pari del petrolio è
giacente da millenni nel sottosuolo ed è considerata una risorsa per il futuro.
Acqua di mare
L'acqua di mare contiene circa il 3,5% di cloruro di sodio cioè il sale da cucina, oltre a
cloruro di calcio, magnesio e potassio con piccole quantità di altre sostanze, fra cui l’oro.
Questi sali si sono concentrati nel mare per il continuo ciclo dell’acqua durato miliardi di
anni, infatti la pioggia con la sua azione disgregatrice e solubilizzante della crosta ha
dilavato le terre emerse e depositato in mare i sali in soluzione e l’ evaporazione dalla
superficie marina ha restituito all’atmosfera l’ acqua dolce per la pioggia successiva.
Le proprietà fisiche dell'acqua di mare differiscono dall’ acqua dolce in alcuni aspetti
importanti. Essa congela a una temperatura più bassa rispetto all’acqua dolce
(circa a -1,9 ° C) e la sua densità aumenta con il diminuire temperatura fino al punto di
congelamento per poi cristallizzare come ghiaccio esente da sali con un aumento
considerevole di volume, invece di raggiungere la massima densità ad una temperatura
sopra lo zero cioè a 3,98 ° C. come avviene per l’acqua pura.
Le maree sono il ciclico alzarsi e abbassarsi del livello del mare causato dalle
forze di marea provocate dall’attrazione gravitazionale della Luna. Ciò causa modifiche
nel livello del mare anche di decine di metri con il risultato di far entrare l’acqua di mare
negli estuari dei fiumi.
Gusto e odore
L'acqua può sciogliere molte sostanze diverse, acquisendo sapore e odore delle
sostanze in soluzione , questo ci permette di valutare la potabilità delle acqua,
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evitando che l'acqua sia troppo salata o abbia un sapore o odore putrido.
Il gusto dell’acqua minerale del commercio deriva dai minerali in essa disciolti
perché sappiamo che l’acqua pura è insapore e inodore.
La purezza vantata dalla pubblicità delle acque minerali si riferisce quindi alla
mancanza di tossine, sostanze inquinanti o microbi, non all’ assenza di minerali
naturali in soluzione .
Acqua e zona abitabile
L'acqua potabile è essenziale per gli esseri umani e per tutte le forme di vita, anche
se non fornisce calorie e nutrimento.
L'acqua gioca un ruolo importante nell'economia mondiale, una grande quantità
del consumo di acqua dolce, circa il 70%, è fatto dall'agricoltura, però è rilevate
anche la sua funzione di solvente universale per una vasta gamma di sostanze
chimiche. E’ usata su vasta scala anche nei processi industriali e per il raffreddamento
dei motori dei veicoli di trasporto.
La Terra, nel sistema solare, si trova nella zona abitabile, se fosse un po’ più vicino o più
lontano dal Sole non ci sarebbero le condizioni per permettere all’acqua di esistere nelle
tre forme contemporaneamente, ciò renderebbe poco probabile l’esistenza della vita
sulla terra.
La gravità terrestre ha trattenuto e permesso la formazione di una atmosfera sulla sua
superficie dalla composizione ottimale per la vita. Il vapore acqueo e l’anidride carbonica
hanno formato un ambiente temperato con l’effetto serra, Questo ha stabilizzato la
temperatura superficiale a valori relativamente costanti.
Se la Terra fosse stata più piccola, anche l’atmosfera sarebbe stata diversa, molto più
sottile con scarsità di anidride carbonica e vapore acqueo, quindi si avrebbe carenza di
acqua liquida e le temperature estreme concentrerebbero l’acqua sotto forma di
ghiaccio ai poli come su Marte.
La temperatura della superficie della Terra è stata relativamente costante nel tempo
geologico nonostante i livelli di radiazione solare siano cambiati nel corso dei millenni; ciò
indica che si è creato un processo dinamico che regola la temperatura della Terra per
mezzo di una combinazione di gas a effetto serra (anidride carbonica) e l’acqua sotto
forma di nubi, infatti l’eccesso di calore sviluppa e aumenta l’estensione delle nubi che
riflettono e respingono l’energia solare abbassando la temperatura con una azione e
retroazione, questa ipotesi è conosciuta come “teoria di Gaia”.
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