Concetti Chiave
- Le molecole d'acqua formano legami a idrogeno, creando interazioni che possono coinvolgere fino a quattro molecole, con una durata di circa 10 picosecondi.
- La coesione dell'acqua genera tensione superficiale, permettendo a insetti e ragni di camminare sulla sua superficie, mentre l'adesione le consente di attrarre altre sostanze.
- Il calore specifico dell'acqua è elevato, contribuendo a mantenere costante la temperatura corporea degli organismi, assorbendo calore senza un significativo aumento di temperatura.
- L'acqua presenta un'alta densità che aumenta fino a 4°C; allo stato solido occupa più volume e ha una densità minore rispetto allo stato liquido.
- Il ciclo idrogeologico descrive come l'acqua evapora, si condensa e ritorna alla superficie terrestre, coinvolgendo diverse parti del pianeta e mantenendo il suo ciclo continuo.
Indice
Interazione delle molecole d'acqua
Quando le molecole d’acqua allo stato solido o liquido interagiscono tra loro formano legami a idrogeno che si instaurano tra le due cariche δ⁻ dell’ossigeno e δ⁺ dell’idrogeno andando a creare fino a un massimo di quattro legami con altre quattro molecole. Quindi, il legame a idrogeno è un legame elettrostatico tra due cariche parziali opposte, più debole di un covalente e di durata di 10 picosecondi(1∙10⁻¹¹), che tende a riformarsi con altre molecole subito dopo.
Proprietà dell'acqua: coesione e adesione
La forza di attrazione tra molecole della stessa sostanza viene detta coesione e un chiaro esempio ne è la tensione superficiale tra aria e acqua che forma come una pellicola elastica dove insetti e ragni pattinano ad esempio. Ciò è la conseguenza dell’attrazione reciproca in tutte le direzioni dell’acqua e verso l’interno dell’acqua da parte dell’aria. In assenza di altre forze l’estensione superficiale dell’acqua è minima, quindi assume forma sferica(gocce).
A causa della sua polarità, inoltre, presenta un’elevata forza di adesione, ovvero la capacità di attrarre molecole di diverse sostanze.
Il movimento dell’acqua attraverso spazi piccolissimi è detto capillarità, proprietà frutti dell’adesione e della coesione.
L’imbibizione è, invece, il movimento attraverso cui l’acqua a contatto con sostanze porose le fa salire di volume.
Calore specifico e latente dell'acqua
Il calore specifico è la quantità di calore necessaria ad alzare o abbassare la temperatura di 1g d’acqua. Il calore specifico dell’acqua è maggiore di quasi tutte le altre sostanze e poiché l’acqua costituisce una gran parte degli esseri viventi, questo fattore fa sì che la temperatura corporea dei viventi sia costante. L’acqua assorbe molto calore ma non aumenta la sua temperatura.
Per far sì che si verifichi il processo di evaporazione è necessario fornire una grande quantità di calore detta calore latente di vaporizzazione all’acqua liquida, o per la solidificazione, togliere questo calore. Il calore latente di vaporizzazione dell’acqua è pari a 540 cal/g ed è elevato a causa dei legami a idrogeno. Durante il passaggio la temperatura rimane costante perché il calore latente indebolisce la coesione tra particelle. Quando l’acqua è completamente allo stato di vapore la temperatura si innalza di nuovo. Per questo anche il calore latente di fusione è alto(80 cal/g).
Densità e ciclo idrogeologico
Per molte sostanze la densità aumenta al diminuire della temperatura, poiché allo stato solido le molecole occupano posizioni fisse lasciando ampi spazi vuoti, mentre allo stato liquido tendono a creare continuamente legami a idrogeno, per cui sono in movimento costante. Anche la densità dell’acqua aumenta fino a 4ᵒ e allo stato solido occupa volume maggiore e di conseguenza ha minore densità.
L’acqua passa ciclicamente da uno stato all’altro generando il ciclo idrogeologico, che coinvolge atmosfera, litosfera, idrosfera e gli stessi viventi. Essa evapora grazie al calore del sole e all’effetto serra, venendo così trasportata dalle correnti verso l’alto. Qui condensandosi forma le nuvole, che a seguito di cambiamenti di pressione o temperatura si trasformano in pioggia o neve e ritorna di conseguenza negli oceani. L’acqua che cade sul suolo viene in gran parte assorbita generando la cosiddetta falda freatica, mentre quella che sui monti si accumula nei fiumi per poi tornare al mare. In questo modo è sempre disponibile.
Domande da interrogazione
- Qual è la natura dei legami a idrogeno tra le molecole d'acqua?
- Cosa si intende per coesione e adesione nell'acqua?
- Qual è l'importanza del calore specifico dell'acqua?
- Come influisce la temperatura sulla densità dell'acqua?
- Qual è il ciclo idrogeologico e quali sono i suoi passaggi principali?
I legami a idrogeno sono legami elettrostatici tra cariche parziali opposte, più deboli dei legami covalenti, e possono formarsi fino a quattro legami per molecola d'acqua, con una durata di circa 10 picosecondi.
La coesione è l'attrazione tra molecole della stessa sostanza, come evidenziato dalla tensione superficiale dell'acqua, mentre l'adesione è la capacità dell'acqua di attrarre molecole di sostanze diverse, grazie alla sua polarità.
Il calore specifico dell'acqua è elevato rispetto ad altre sostanze, permettendo di mantenere costante la temperatura corporea degli esseri viventi, poiché l'acqua assorbe calore senza aumentare significativamente la sua temperatura.
La densità dell'acqua aumenta fino a 4°C, ma allo stato solido (ghiaccio) occupa un volume maggiore, risultando meno denso rispetto all'acqua liquida, il che spiega perché il ghiaccio galleggia.
Il ciclo idrogeologico è il processo ciclico in cui l'acqua evapora, si condensa formando nuvole, e ritorna sulla terra come pioggia o neve, per poi essere assorbita dal suolo o scorrere nei fiumi verso gli oceani.
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