La composizione chimica dell’acqua

L’acqua, l’elemento della vita, accompagna ogni momento della nostra giornata. Sappiamo che è fondamentale per il nostro benessere ed è essenziale per le piante, gli animali e per il buon funzionamento dell’ecosistema. Ma siamo sicuri di sapere perché? E quali sono le caratteristiche che la rendono così unica? Oggi vogliamo rispolverare i libri di scuola e fare un breve ripasso di chimica, per scoprire insieme alcune delle incredibili proprietà di questo elemento così speciale.

La molecola della vita

L’acqua è un composto chimico che ha come formula molecolare H2O: questa sigla misteriosa significa che ogni molecola di acqua è composta da un atomo di ossigeno (la “O” della formula) e da due atomi di idrogeno (la “H”).

Molte delle proprietà che rendono speciale l’acqua trovano spiegazione proprio a livello atomico, nel legame apparentemente semplice tra idrogeno e ossigeno. L’atomo di ossigeno possiede due elettroni liberi, ciascuno condiviso con uno dei due atomi di idrogeno: l’ossigeno possiede però una carica elettronegativa maggiore di quella dell’idrogeno, consentendogli così di attirare a sé gli elettroni con più forza. Questa peculiare caratteristica fa sì che si crei una parziale carica negativa sull’atomo di ossigeno e una parziale carica positiva sugli atomi di idrogeno. Questa dualità rende la molecola un dipolo, un po’ come una comune pila che utilizziamo per far funzionare i nostri dispositivi elettronici. Grazie a questa caratteristica, le molecole di acqua si attraggono reciprocamente mediante la formazione di legami idrogeno.

Proprio per questa tendenza delle molecole ad attirarsi a vicenda, l’acqua è un eccellente solvente naturale: questo significa che sostanze come i sali, una volta che si trovano nell’acqua, vengono circondati dalle molecole che, grazie alla loro dimensione ridotta e alle caratteristiche di polarizzazione, riescono a infilarsi tra uno ione e l’altro, ovvero tra le singole molecole di sostanza soluta, circondandola completamente. Ecco quindi spiegato il motivo per cui è facile sciogliere e diluire in acqua così tante sostanze differenti, dallo zucchero all’aspirina che combatte l’influenza.

Questa capacità di attrazione genera anche il fenomeno della tensione superficiale: avete presente quelle splendide foto in cui si vede un insetto poggiato sulla superficie dell’acqua? Ciò è possibile perché le molecole creano una “rete” abbastanza tesa da far sì che un piccolo essere possa camminarci sopra. Questa capacità delle molecole è chiamata coesione e avviene solo in superficie, dove i legami tra le molecole, che sono numericamente inferiori, sono più forti.

Gli stati dell’acqua

Un’altra caratteristica sorprendente dell’acqua, che diamo forse per scontata, è la sua naturale capacità di esistere in stati diversi. L’acqua, in condizioni normali, si presenta in forma liquida, ma raggiunta la temperatura di 100° bolle e si trasforma in vapore, mentre a 0° si solidifica, trasformandosi in ghiaccio. Ma cosa permette tale trasformazione?

Il passaggio dallo stato liquido allo stato aeriforme o solido avviene per il cambiamento di due parametri fondamentali, ossia la temperatura e la pressione. Quando cambia lo stato della materia, anche i legami molecolari cambiano: nel caso del ghiaccio, in cui la materia è solida, i legami sono forti; nel caso dell’acqua allo stato liquido, i legami sono deboli e le molecole “scivolano” le une sopra le altre; nel caso infine del vapore, i legami sono assenti e le particelle si separano le une dalle altre. Il passaggio di stato può avvenire senza soluzione di continuità. Un esempio semplice e pratico? Prendete dei cubetti di ghiaccio, metteteli in una pentola e accendete il fuoco. Dopo pochi istanti il ghiaccio si scioglierà per tornare allo stato liquido. Passati alcuni minuti, l’acqua entrerà in uno stato di agitazione molecolare e arriverà a bollore, per poi trasformarsi in vapore. A quel punto, ponendo un coperchio freddo sopra la pentola, potrete osservare il formarsi quasi istantaneo di piccole gocce sulla superficie: è il vapore che, venendo a contatto con il metallo freddo, subisce una variazione di temperatura e ritorna a essere acqua in forma liquida. Un ciclo infinito in cui nulla si crea e nulla si distrugge.

L’acqua e la vita

Ciò che rende possibile la presenza della vita sulla Terra è proprio l’acqua, un bene molto prezioso. La superficie del nostro pianeta ne è largamente ricoperta ma la maggior parte dell’acqua è salata – il 97% -, mentre l’acqua dolce corrisponde solo al 3% del totale. Questo ci fa capire quanto sia importante e quanto vada rispettata e conservata. Noi stessi siamo fatti di acqua: un uomo adulto ne è composto per circa il 65%, mentre un neonato addirittura per il 75-80%. Mari, fiumi, laghi, sorgenti, ghiacciai sono ciò che rende possibile la vita, per come la conosciamo.

Se spostiamo lo sguardo dall’ampiezza del pianeta alla dimensione minuta del nostro corpo, scopriamo che l’acqua è così importante perché è la componente di base delle cellule, compone il sangue per oltre il 90% e sovrintende a un’infinità di reazioni chimiche e metaboliche che avvengono ogni istante nel nostro corpo. Senza acqua, ad esempio, non potremmo respirare, assimilare gli alimenti, eliminare le tossine dall’organismo, controllare la temperatura corporea, combattere virus e batteri e i nostri organi non sarebbero protetti. Anche per gli altri esseri viventi è altrettanto importante, che si tratti di mammiferi, pesci, insetti o delle piante, di cui rappresenta il costituente principale.

Dietro ogni sorso d’acqua che beviamo è racchiuso un patrimonio essenziale al nostro benessere e per questo è così importante educarsi all’idratazione, assumendo sempre la giusta quantità di acqua quotidiana, e rispettare l’ambiente, i luoghi dove l’acqua vive prima di giungere alla nostra tavola.

Una sorpresa quantistica

L’acqua è una sostanza straordinaria, che non finisce di stupirci. Un team di scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti ha prodotto uno studio pubblicato sulla Physical Review Letter e rilanciato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica, osservando come l’acqua, in particolari condizioni di costrizione come quando è “intrappolata” in un minerale, metta in atto un comportamento quantistico, un fenomeno chiamato tunneling. Questo stato particolare della materia non è mai stato riscontrato prima nei consueti stati liquidi, gassosi o solidi e può essere spiegato solo attraverso i principi della fisica quantistica. L’eccezionalità della scoperta risiede nel fatto che accanto a ghiaccio, vapore e acqua liquida oggi sappiamo che esiste una sorta di quarto stato della materia, e che questo evento apre le porte a una maggiore comprensione dei comportamenti dell’acqua, delle sue proprietà termodinamiche e delle sue potenzialità energetiche.

La scienza ci ricorda che anche le cose che riteniamo più scontate riservano ancora un patrimonio di informazioni che attendono di essere scoperte. Proprio come l’acqua, la molecola della vita, così semplice eppure così incredibilmente preziosa. Un bene che Acqua Sant’Anna custodisce e porta nelle case di tutti gli italiani da oltre vent’anni, insieme ai valori che la contraddistinguono: l’amore per la natura e la passione per l’innovazione tecnologica sostenibile.

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