4) Trasporto dell'acqua

Lezione 4. ACQUA

(domanda che spesso faccio all’esame: Parlami dell’acqua?) è una molecola costituita da

L’ ACQUA

due atomi di idrogeno legate ad un atomo di ossigeno attraverso un legame covalente polare.

Essa è una molecola , per cui l’acqua non ha una carica elettrica netta,essa è nulla, in

POLARE

quanto le cariche positive e negative sono uguali a 0 e si annullano.

La polarità dell’acqua è importante per la non linearità della molecola. Infatti presenta una

struttura tetraedrica e l’angolo che si forma è di 104.5°.

L’acqua ha una forte tendenza a formare legami idrogeno con le altre molecole di acqua.

L’acqua è importante perchè viene scissa dalle piante, che ci forniscono poi ossigeno, ed è proprio

grazie alla che c’è la vita sulla terra.

FOTOSINTESI

Quindi è essenziale sia la presenza dell’acqua ma soprattutto delle piante, perchè anche se ci fosse

stata soltanto l’acqua ma non ci fossero state le piante, la vita sulla terra non sarebbe stata

possibile, in quanto solo le piante ci forniscono ossigeno.

Le piante sono capaci di scindere la molecola d’acqua, che ha un legame fortissimo, quali legami

idrogeno e legami covalenti, che sono estremamente stabili, e solo le piante sono capaci di

scindere un legame così forte.

L’ gioca un ruolo cruciale nella vita dei vegetali, in quanto hanno bisogno dell’acqua per

ACQUA

sopravvivere.

Quindi, anche dei piccolissimi perturbamenti nel flusso d’acqua, all’interno delle piante

(soprattutto nel terreno), possono causare dei danni estremamente importanti all’interno delle

cellule vegetali (deficit idrici).

Infatti, ogni giorno, la pianta attiva un

processo di sopravvivenza grazie

all’acqua, in quanto alla pianta per

sopravvivere serve l’acqua, ma nello

stesso tempo ha bisogno di prendere

CO2 dall’atmosfera, attraverso gli

.

STOMI APERTI

L’apertura degli stomi determina la

perdita d’acqua, che la pianta assorbe

dal terreno.

Le piante attivano una “battaglia” con

l’acqua, ossia con la loro omeostasi

d’acqua all’interno delle cellule vegetali, perchè devono cercare di trattenere l’acqua, ma nello

stesso tempo di non perderla, a causa del processo di , poichè le piante che

TRASPIRAZIONE

presentano gli stomi aperti, devono prendere la CO2, e l’acqua che prendono dal terreno, con

l’apertura degli stomi, viene persa, e si può andare incontro a .

DISIDRATAZIONE

Infatti la fotosintesi richiede da parte della pianta la cattura dell’anidride carbonica dall’atmosfera,

ma questo espone le pianta alla perdita d’acqua e alla minaccia di disidratazione.

Per evitare che le foglie secchino, l’acqua deve essere assorbita dalle radici e trasportata

attraverso il corpo vegetale. Anche piccoli sbilanci fra assorbimento e trasporto d’acqua, come

anche la perdita nell’atmosfera, possono causare deficit idrici e danni consistenti a numerosi

processi cellulari.

Quindi le piante devono cercare di sopravvivere ed avere un bilancio idrico, all’interno della pianta

stessa, che sia favorevole alla pianta. Infatti loro adottano tutta una serie di meccanismi e

sfruttano anche le caratteristiche dell’acqua per far si che il loro bilancio idrico sia positivo.

L’ rappresenta circa l’ della massa cellulare delle cellule vegetali, e soprattutto

ACQUA 80-90 %

viene immagazzinata a livello dei vacuoli.

Essa è un solvente ed è una delle caratteristiche chimiche più importanti dell’acqua, in quanto

grazie all’acqua

avvengono moltissime

reazioni chimiche

all’interno delle cellule

non solo vegetali. Inoltre

l’acqua garantisce anche

lo spostamento di

molecole, quindi

garantisce il trasporto di

molecole.

L’acqua, inoltre, è

importante perchè:

influenza le proprietà di

alcune macromolecole;

partecipa a reazioni

chimiche-biochimiche importantissime, quali l’ ; è capace di dissipare calore.

IDROLISI

L’ACQUA E’ IL FATTORE LIMITANTE PER LA PRODUTTIVITA’ AGRICOLA

Infatti se non vi è irrigazione non si possono avere alimenti, non potremmo avere niente dal

mondo vegetale perchè non sopravviverebbero senza acqua.

La è direttamente proporzionale alla produttività delle piante, e quindi è

DISPONIBILITA’ DI ACQUA

direttamente proporzionale al raccolto delle piante, per cui limita la produttività delle piante.

Questo si vede dal seguente schema:

a destra dell’immagine abbiamo la precipitazione annua, mentre a sinistra viene rappresentata la

disponibilità dell’acqua nei giorni.

Vediamo che, man mano che aumenta la disponibilità dell’acqua sia nel periodo annuo ma anche

all’interno dei periodi in cui non c’è molta disponibilità, la produttività è più bassa rispetto a

quando c’è un ottima irrigazione, e quindi abbiamo un alta disponibilità dei prodotti alimentari.

Vediamo le CARATTERISTICHE DELL’ACQUA.

L’ è una molecola costituita da un atomo di ossigeno legato covalentemente a due atomi di

ACQUA idrogeno. 2 4

Presenta un’ibridazione 2s 2p

ed ha la tendenza

3

all’ibridazione sp .

Qual è la caratteristica

dell’acqua?

Le molecole d’acqua possono

unirsi tra di loro attraverso dei

che sono

LEGAMI IDROGENO

delle interazioni che

avvengono tra l’atomo di

ossigeno elettronegativo e

l’atomo di idrogeno

elettropositivo.

L’energia del legame idrogeno

tra due molecole d’acqua è 4.5 kCal/mol.

Ma la caratteristica essenziale dell’acqua è che non ha una carica netta ma ha parziali cariche

opposte che rendono questa molecola, una molecola . Questo perchè essendo l’ossigeno

POLARE

elettronegativo tende ad attrarre gli elettroni verso di se, per cui si ha una parziale carica negativa

sull’ossigeno che fa in modo che ci sia una parziale carica positiva sui due atomi di idrogeno.

I sono importanti perchè fanno in modo che l’acqua per pochissimo tempo, in

LEGAMI IDROGENO

quanto le molecole d’ acqua sono in continuo movimento, diventi una molecola ordinata.

Questa sua caratteristica è dovuta alle interazioni idrogeno che rendono l’acqua estremamente

ordinata per pochissimo tempo.

Poi a causa della continua agitazione termica delle

molecole d’acqua, i legami idrogeno si rompono e si

instaurano successivamente, rendendo questa

struttura di nuovo ordinata.

Quindi è un continuo, poichè si scinde e si lega

attraverso i legami idrogeno.

Qual è la proprietà importante dell’acqua?

L’ è un ottimo solvente, cioè è in grado di sciogliere quantitativi enormi di un gran numero

ACQUA

di sostanze, rispetto a quello che non riescono a fare gli altri solventi simili all’acqua.

Questo è dovuto in parte alle

sue piccolissime dimensioni,

e si vede benissimo

nell’immagine il sale NaCl e

l’acqua, che essendo un

ottimo solvente, riesce a

sciogliere molto bene il sale.

L’acqua riesce a legare i sali,

ma anche gli zuccheri ad

esempio, ed è capace grazie

a questa caratteristica e

soprattutto alla sua natura

polare, di sciogliere grossi

quantitativi di sostanze,

proprio perchè l’acqua

presenta delle dimesioni

piccolissime e riesce a circondare le altre molecole (sale) e quindi a scioglierle.

Grazie alla sua polarità e alla capacità di formare legami idrogeno, l’acqua ha un :

1. ALTO CALORE SPECIFICO

2. ALTO CALORE LATENTE DI EVAPORAZIONE

L’Alto Calore Specifico è l’energia di calore

richiesta per innalzare la temperatura di

una sostanza di un determinato valore,

(così che le cellule della pianta non

cambiano rapidamente temperatura).

Questo è importante perchè le cellule

vegetali sono esposte ad alte temperature

soprattutto d’estate, ma anche nelle zone

tropicali dove c’è caldo tutti i giorni, e

l’acqua grazie a questa caratteristica, fa in modo che nelle cellule vegetali non ci sia una

cambiamento improvviso di temperatura.

Inoltre, una caratteristica importante dell’acqua è l’Alto Calore Latente di Evaporazione, che è

l’energia necessaria per separare le molecole dalla fase liquida e spostarle alla fase gassosa, e

bisognare fornire molta energia al sistema per far in modo che ci sia questo spostamento di fase.

Questo è il processo che si verifica durante la , in cui l’acqua, che viene assorbita

TRASPIRAZIONE

dalle radici, viene trasportata attraverso la pianta ed evapora (persa) dalla superficie delle foglie.

Quindi grazie a questa caratteristica di alto calore latente di evaporazione, l’acqua si sposta

dall’interno della foglia verso l’esterno, attraverso l’apertura degli stomi, e la pianta traspira.

Ma è difficile che tutto il liquido passi nella forma gassosa proprio perchè l’acqua ha un altissimo

calore latente.

L’ esteso numero di legami idrogeno dell’acqua determina le seguenti proprietà:

1. COESIONE

2. ADESIONE

La Coesione è l’attrazione tra le molecole

d’acqua. Abbiamo visto che le molecole

d’acqua si legano