Acqua - Dalla struttura al significato - Tesina Maturità

Acqua: dalla struttura al significato

Dan Diwald 1

Indice

• Scienze → Struttura molecolare, legame idrogeno pag. 4
• Matematica → Struttura cristallina, frattali pag. 8
• Ebraismo → Fonte della vita e purificazione pag. 13
• Ebraico → Ben Gurion: l’acqua per il deserto pag. 16
• Storia → Il conflitto dell’acqua in Medio Oriente pag. 19
• Italiano → Ugo Foscolo pag. 22
• Inglese → Samuel Taylor Coleridge pag. 24

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L’acqua è il bene più prezioso per l’umanità, fonte insostituibile di vita.

Nella mia tesi vorrei presentare l’acqua da diversi punti di vista:

• La composizione chimica, il legame idrogeno.
• Dalla sua struttura geometrica allo stato solido (neve, ghiaccio) alla teoria del caos e ai frattali.
• Significato dell’acqua per l’ebraismo: dal precetto del Mikvé al concetto generale dell’acqua come fonte di vita, purificazione, cambiamento.
• Il lavoro dell’uomo: raccolta, conservazione, purificazione. Es.: Israele. La rinascita delle aree desertiche. Il progetto di Ben Gurion (presenterò quest’ultimo in ebraico), le attività del KKL riguardo alla costruzione dei bacini idrici e alla sfida ecologica del futuro.
• In Medio Oriente: l’acqua, oggetto di contese e fattore di rischio per nuovi conflitti.
• L’acqua nella letteratura, italiana e inglese, ispiratrice di poeti e scrittori: Ugo Foscolo e Samuel Taylor Coleridge.

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La chimica dell’acqua

• L’acqua (H2O) è un composto chimico formato da idrogeno e ossigeno che si combinano nella proporzione di due ad uno, per dar luogo a una sostanza che, in natura, si trova allo stato solido (ghiaccio, neve), liquido e aeriforme (vapore).
• Ogni molecola d’acqua è un dipolo in miniatura perché i due atomi di idrogeno: ognuno dei due atomi di idrogeno presenta una parziale carica positiva e quello di ossigeno una parziale carica negativa. Ne consegue che ogni atomo di idrogeno nell’acqua può essere attratto dall’ossigeno di una molecola vicina. Il legame che ne deriva è detto legame idrogeno, cioè associazione per attrazione elettrostatica.

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Allo stato solido, cioè in forma di ghiaccio, presenta una struttura cristallina esagonale, costituita da atomi di ossigeno collegati per mezzo di legami idrogeno: ciascun atomo di ossigeno delle molecole d’acqua forma due legami covalenti con gli idrogeni della stessa e due legami idrogeno più deboli con gli idrogeni di molecole contigue.

I legami presentano disposizione tetraedrica attorno all’atomo di ossigeno; quando questa disposizione si rompe con la fusione, le molecole si fanno più vicine associandosi casualmente nel liquido: il ghiaccio è quindi meno denso dell’acqua e rimane in superficie (l’aumento di volume dell’acqua congelando è di circa l’8%).

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• Quando il ghiaccio comincia a fondere, la rottura dei legami idrogeno comporta la contrazione dell’acqua, fenomeno che si manifesta tra 0 e 4 gradi C; a 4 gradi C l’acqua presenta appunto la sua densità massima: oltre comincia a espandersi come qualsiasi altro liquido sottoposto a riscaldamento.
• L’acqua a una temperatura di 15 gradi C ha calore specifico pari a 0,999 cal/gm; il calore latente di evaporazione è di 606,5 cal/gm a 0 oC e di 539,5 cal/gm a 100 oC.
• L’elevato potere della costante dielettrica (81,07) spiega l’alto potere di dissociazione su composti come acidi, basi e sali.
• L’acqua stessa è dissociata in ioni H- e OH+; gli idrogenioni però si legano a una molecola d’acqua formando ioni idronio o idrossonio, H3O+.

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Le molecole di acqua ionizzate sono in ottimo solvente (ossidi, acidi, sali anidri si sciolgono sviluppando calore per l’idratazione dei loro ioni, i sali idrati con abbassamento di temperatura), l’acqua reagisce con i metalli alcalini a freddo, con altri a caldo; si combina con gli ossidi formando gli idrossidi e con le anidridi per dare acidi.

La sua presenza è indispensabile in molte reazioni chimiche dimostrandosi ottimo catalizzatore.

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La struttura geometrica dell’acqua: dalla teoria del caos ai frattali

• L’elaborazione al computer della matematica astratta ha posto le basi di una teoria scientifica rivoluzionaria: la teoria del caos.
• La turbolenza dell’acqua è stata una delle muse ispiratrici di questa teoria fisica. La scienza del caos studia l’apparentemente casuale.
• Tutti i sistemi biologici costituiti da materiale acquoso sono governati da sistemi non lineari, caotici e imprevedibili. Tuttavia gli scienziati hanno trovato un ordine sorprendente dietro al caos.
• Risolvendo complesse equazioni matematiche al computer e visualizzando i dati, sono apparsi disegni formati da curve e spirali ripetute: i frattali.

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• Il termine frattale fu coniato nel 1975 dal matematico Benoit Mandelbrot per descrivere forme irregolari con una particolare geometria modulare che si ripete all’infinito. Queste immagini digitali simulano nuvole, corsi e getti d’acqua. Un semplice modello del fiocco di neve è il triangolo di Koch, un frattale scoperto nel 1904 a partire da un triangolo.

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• Un frattale è quindi un oggetto geometrico, esattamente come il cerchio e il triangolo. Si ripete nella sua struttura allo stesso modo su scale diverse, cioè non cambia forma anche se visto ingrandito.

Auto-similarità

Questa caratteristica è spesso chiamata, che è un rapporto logaritmico.