Concetti Chiave
- L'acqua, con formula chimica H2O, è fondamentale per la vita, costituendo il 60-65% del corpo umano e il 95% di alcune meduse.
- Le molecole d'acqua sono dipoli elettrici, con una carica negativa sull'ossigeno e positive sugli idrogeni, permettendo la formazione di legami idrogeno.
- L'acqua è il miglior solvente naturale, capace di disciogliere numerose sostanze, grazie alla sua struttura molecolare che indebolisce le attrazioni tra ioni.
- Possiede un'elevata tensione superficiale che consente a certi oggetti di galleggiare e un alto calore specifico che stabilizza le temperature ambientali.
- L'acqua di mare, contenente sali disciolti, ha una densità maggiore rispetto all'acqua dolce e congela a temperature inferiori, influenzando la sua salinità e densità.
Qual è la composizione e struttura dell'acqua?
L’acqua è un composto chimico che ha come formula molecolare H2O. In natura risulta essere tra i principali costituenti degli ecosistemi e sta alla basee di tutte le forme di vita conosciute. Si può pensare che l’uomo è in media composto al 60-65% d’acqua; una medusa al 95%.
La molecola dell’acqua è costituita da una molecola di ossigeno e due molecole di idrogeno. L’atomo di ossigeno è più elettronegativo dell’idrogeno e pertanto attrae gli elettroni di legame verso il suo vertice della molecola. Di conseguenza, il vertice della molecola ospita una parziale carica elettrica negativa, mentre le estremità recano una parziale carica elettrica positiva. La molecola d’acqua è pertanto detta dipolo elettrico. Questa distribuzione delle cariche fa sì che le molecole d’acqua vengano attratte reciprocamente l’una dall’altra. Questa attrazione, chiamata legame idrogeno spiega molte delle proprietà fisiche tipiche dell’acqua.
Proprietà solventi dell'acqua
L’acqua è il miglior solvente naturale per molte sostanze tra cui i sali, ma anche sostanza gassose, come la CO2. Quando un composto ionico (es. Na+Cl-) o polare viene disciolto in acqua, viene circondato dalle molecole d’acqua stesse. Grazie alle loro piccole dimensioni, le molecole di H2O si inseriscono tra un ione e l’altro, orientandosi in modo tale che l’ossigeno (con parziale carica negativa) sia rivolto verso gli ioni con carica positiva, e che l’idrogeno sia rivolto verso gli ioni con carica negativa. Questo strato di acqua che si frappone fra gli ioni o molecole di soluto, indebolisce l’attrazione tra gli ioni/soluti. Ogni ione o molecola polare si trova quindi ad essere solvatato, cioè circondato completamente da molecole d’acqua.
Tensione superficiale e calore specifico
L’acqua possiede un’elevata tensione superficiale osservabile della geometria sferica delle gocce d’acqua e dal fatto che alcuni oggetti, come un ago, o gli insetti riescono ad appoggiarsi sulla superficie dell’acqua senza affondare o senza romperne la superficie.
L’acqua ha un calore specifico molto elevato. Questo significa che occorre molta energia per fare variare di un grado centigrado la temperatura dell’acqua e questo fa sì che il mare sia in grado di mitigare il clima ovvero rallentare le variazioni di temperatura.
Conduttività e densità dell'acqua
L'acqua pura è un buon isolante elettrico (cioè un cattivo conduttore di elettricità). Essendo però anche un buon solvente,come abbiamo detto prima, è difficile trovare acqua pura in natura ma spesso essa reca tracce di sali disciolti, che, con i loro ioni la rendono un buon conduttore di elettricità.
Inversamente a quanto si potrebbe pensare, l’acqua a 0°C pur essendo solida (ghiaccio) presenta una densità minore dell’acqua liquida a 4°C. Infatti, durante il processo di congelamento il volume d’acqua aumenta. Ed è per questo motivo che il ghiaccio galleggia.
pH e punti di congelamento ed ebollizione
In teoria il pH dell'acqua pura a 25 °C è neutro e pari a 7. In pratica, anche solo per semplice esposizione all'aria, l'acqua, che è un buon solvente, dissolve l’anidride carbonica, formando una soluzione molto diluita di acido carbonico che può arrivare fino ad un valore di pH = 5,6.
Il punto di congelamento dell’acqua è 0°C e il punto di ebollizione è 100°C.
Salinità e densità dell'acqua di mare
L’acqua di mare è salata perché contiene un miscuglio di sali. A causa dei sali disciolti, l’acqua marina ha una densità maggiore rispetto all’acqua dolce e per questo gli oggetti immersi in essa galleggiano meglio (in quanto ricevono una spinta idrostatica maggiore).
Il sale contenuto nell’acqua abbassa sia il punto di congelamento dell’acqua (di circa 2°C) sia la temperatura a cui l’acqua raggiunge la sua massima densità (fino a circa 0° C).
L’acqua di mare quindi congela a circa -1,9 °C. Il ghiaccio che si forma è sostanzialmente privo di sale: è solo l’acqua a congelare e il sale che ne è stato “espulso” aumenta la salinità e la densità dell’acqua circostante. Questa, essendo acqua fredda e molto salata, risulta appesantita e scende verso il fondo.
Domande da interrogazione
- Qual è la composizione chimica dell'acqua e perché è fondamentale per la vita?
- Come agisce l'acqua come solvente naturale?
- Quali sono le proprietà della tensione superficiale e del calore specifico dell'acqua?
- Perché l'acqua ghiacciata galleggia e qual è la sua densità a diverse temperature?
- Come influiscono sali e temperatura sull'acqua di mare?
L'acqua è un composto chimico con formula H2O, essenziale per gli ecosistemi e la vita, poiché l'uomo è composto per il 60-65% d'acqua e una medusa addirittura per il 95%.
L'acqua è il miglior solvente naturale, circondando e solvatando ioni e molecole polari grazie alla sua struttura dipolare, che indebolisce le attrazioni tra gli ioni e le molecole di soluto.
L'acqua ha un'elevata tensione superficiale, permettendo a oggetti leggeri di galleggiare, e un alto calore specifico, che consente al mare di mitigare le variazioni di temperatura.
Il ghiaccio ha una densità minore rispetto all'acqua liquida a 4°C, poiché durante il congelamento il volume aumenta, permettendo al ghiaccio di galleggiare.
L'acqua di mare è salata a causa dei sali disciolti, che aumentano la densità e abbassano il punto di congelamento a circa -1,9 °C, mentre il ghiaccio formato è privo di sale.
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