L’ACQUA
L’acqua è coinvolta in tutti i processi degli esseri
viventi.
E’ così comune che spesso è stata trattata con
indifferenza, come se fosse solo un riempitivo.
Invece si è visto che è molto reattiva con
proprietà chimiche e fisiche diverse dalla
maggior parte degli altri liquidi
La vita come noi la
conosciamo sarebbe
impossibile senza queste
proprietà.
Tutti gli esseri viventi sono
costituiti, infatti, almeno per il
75% di acqua.
La proprietà dell’acqua così
importanti per la vita
dipendono direttamente
dalla sua struttura.
• L’acqua ha sempre affascinato
gli scienziati di ogni epoca
• Per questo TALETE (624-545
a.c. circa) affermava che tutta la
materia fosse ACQUA e che
fosse un ELEMENTO.
Solo nel 1774 lo scienziato Henry
Cavendish dimostrò che l’ACQUA era
un COMPOSTO formato da idrogeno e
ossigeno.
STRUTTURA ELETTRONICA
DEGLI ATOMI DI IDROGENO E
OSSIGENO
IDROGENO
N° protoni /
elettroni
1
H
IDROGENO
-
+
1,0079
N° protoni +
neutroni
All’ idrogeno manca un elettrone
per completare il livello
OSSIGENO
N° protoni /
elettroni
-
+
8
+
-
+
O
OSSIGENO
-
+
+
+
+
+
16
-
N° protoni +
neutroni
-
All’ ossigeno mancano
due
elettroni per completare il livello
ELETTRONE
OSSIGENO
IDROGENO
Formula di
struttura
O
H
H
FORMAZIONE DI UNA
MOLECOLA DELL’ACQUA
Mettendo in
compartecipazione gli
elettroni ognuno dei
tre atomi completa il
proprio livello
elettronico
Si forma un
LEGAME
COVALENTE
105 °
Sperimentalmente si osserva che gli angoli di legame
H – O – H sono a 105° tra loro.
δ-
δ+
POLARITÀ DELL’ACQUA
L’ossigeno, come tutti gli elementi della tavola
periodica che si trovano a destra e in alto della
tavola periodica tende ad attrarre su di sé gli
elettroni del legame.
Viceversa l’idrogeno ha tendenza a “cedere” gli
elettroni del legame.
Si dice che l’ossigeno è più elettronegativo
dell’idrogeno.
Quindi gli elettroni del legame tendono a
trovarsi mediamente più vicini all’atomo di
ossigeno che a quello di idrogeno.
Ne risulta un’ineguale distribuzione di cariche
Il legame viene detto COVALENTE POLARE
δ+
δ-
La molecola dell’ acqua si può considerare un “dipolo” con
una parte parzialmente negativa (corrispondente alla zona
dell’ossigeno) e una parzialmente positiva (corrispondente
alla zona degli idrogeni).
Nella scala di Pauling la differenza di elettronegatività fra
H e O è 1,4 che corrisponde a un legame avente circa il
40% di carattere ionico
-
IL LEGAME A IDROGENO
Per questo motivo l’atomo
di idrogeno di una
molecola di acqua è
attratto mediante forze
elettrostatiche dall’atomo
di ossigeno di un’altra
molecola di acqua.
Questo legame debole è
detto LEGAME A
IDROGENO
Dimostriamo che
l’acqua è una
molecola polare
Facciamo scorrere dell’acqua
da una buretta
Il filo d’acqua è verticale
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
Avvicinandola alla
buretta, si nota una
deviazione del filo
d’acqua verso la
bacchetta
+ + - + + + + - + + - + + + + -
La
carica della
Strofinando
una
bacchetta
bacchetta “induce”
con un
le
molecole
panno,
questa si
d’acqua
carica a disporsi
con
la parte che ha
elettrostaticamente
carica di segno
contrario.
Si ha attrazione
elettrostatica
CONFRONTO CON L’H2S
Anche se è un legame molto debole è sufficiente a far sì
che le molecole d’acqua siano più strettamente legate fra
loro rispetto ad altre molecole simili.
Altre molecole, anche a peso molecolare maggiore come
l’acido solfidrico, hanno una differenza molto piccola di
elettronegatività fra gli atomi coinvolti nel legame, quindi
non formano legami covalenti polari e di conseguenza non
formano legami a idrogeno.
(per rompere un legame a idrogeno bastano circa 4 Kcal/mol contro le 110 che ci vogliono
per rompere un legame covalente O-H)
Caratteristica
Peso molecolare
Acqua (H2O)
Acido
solfidrico (H2S)
18
0°
34
-86°C
Temperatura di
ebollizione
100 °C
-60°C
Differenza di
elettronegatività
1,4
0,38
si
si
no
no
Temperatura di
fusione
Polarità del legame
Forma legami a
idrogeno
La maggior parte
delle sostanze a
basso peso
molecolare sono
gassose a
temperatura
ambiente.
L’acqua invece bolle ad una temperatura molto più alta di
quelle che si misurano sulla superficie terrestre, anche se è
una molecola relativamente piccola.
Ci vuole infatti più energia ad allontanare molecole più
strettamente legate fra loro.
CARATTERISTICHE
DELL’ACQUA
Le caratteristiche principali derivanti
dalla polarità dell’acqua sono:
• Alto potere solvente per i sali
• Non scioglie i composti apolari
• Presenta il fenomeno della
tensione superficiale
• Alto punto di fusione
• Alto punto di ebollizione
• Alto calore di vaporizzazione
Acqua allo
stato gassoso
Acqua allo
stato solido
Acqua allo
stato liquido
L’acqua è uno dei pochi composti che alle temperature ordinarie
presenti sulla Terra presenta contemporaneamente tutti e tre gli
stati di aggregazione
+
++
+
-
-
-
+
-
++
--
+
+
+
-
-
+
++
-
-+
-
+
-
-
+
-
Il cloruro di
sodio è un
cristallo ionico,
formato da ioni
Na+ e Cl- posti
ai vertici di
infiniti cubi.
Milioni di atomi
in fila sono
visibili ad occhio
nudo
+
+
-
+
+
-
Vediamo perché
l’acqua scioglie i
sali ionici o
parzialmente
ionici
+
+
-
+
Le molecole di
acqua si
dispongono
attorno allo ione
Na+ con la parte
negativa
+
-
+-
Gli ioni Clattraggono
invece la parte
positiva
dell’acqua
+
-
+-
+
-
+-
+
+-
+
+-
Le molecole di
acqua staccano
gli ioni dal
reticolo
cristallino.
Si ha la
disgregazione
del cristallo.
-
Gli ioni singoli
non sono visibili
ad occhio nudo.
Il sale si è SCIOLTO
Viceversa
l’acqua non
scioglie i
composti non
polari (come
l’olio) perché
non si
stabiliscono
queste forze
attrattive
Vi sono alcuni
composti, come
i saponi e alcuni
grassi polari che
hanno nella loro
molecola zone
idrofile (polari)
e zone idrofobe
(non polari).
-+
In acqua si
dispongono in
modo da
esporre la parte
idrofila, mentre
le estremità
idrofobiche
tendono ad
evitare il
contatto con
l’acqua.
Questi aggregati si chiamano MICELLE
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
La tendenza dell’acqua a
formare micelle con i
lipidi polari è importante
nella formazione delle
membrane biologiche.
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
Le micelle sono state
probabilmente il primo
tentativo di
organizzazione cellulare
nei mari poco profondi,
(ricchi di materiale
organico), nei quali si
pensa si sia originata la
vita.
IL CALORE SPECIFICO
DELL’ACQUA
A causa dei legami a idrogeno le
molecole d’acqua sono più strettamente
legate fra loro rispetto ad altri liquidi
Quindi serve molta energia per far
innalzare la temperatura dell’acqua e per
farla evaporare
Si dice, allora che l’acqua ha un
alto CALORE SPECIFICO
(540 Kcal/Kg)
37 °C
36 °C
• Quando si suda l’acqua
presente nei tessuti
umani evapora facendo
abbassare la
temperatura corporea.
Questo meccanismo si
chiama
TERMOREGOLAZIONE.
•
LA PROPRIETÀ DEL GHIACCIO
Il ghiaccio ha un importante proprietà fisica:
allo stato solido è meno denso dell’acqua.
Infatti, alla temperatura di 0 °C si ha:
densità ghiaccio = 0,9168 g/cm3
densità acqua liquida =0,9998 g/cm3
In ciò il ghiaccio si differenzia dalla maggior
parte delle altre sostanze.
LA STRUTTURA CRISTALLINA
DEL GHIACCIO
La minore densità del ghiaccio si
spiega considerando il modo con
cui l’acqua solidifica
Infatti, nel ghiaccio, le molecole di
acqua, si dispongono ai vertici di
esagoni regolari, rispettando la
formazione dei legami a idrogeno
Questa conformazione è tale che
vi siano delle regioni vuote che
diminuiscono l’impaccamento
delle molecole rispetto all’acqua
liquida
Questo spiega il motivo per cui il ghiaccio galleggia
sull'acqua.
Ciò è molto importante Il ghiaccio, rimanendo in superficie,
protegge da un ulteriore abbassamento della temperatura
gli strati d’acqua sottostanti.
Al di sotto dello strato ghiacciato, infatti, la temperatura
rimane superiore allo zero, consentendo la vita dei pesci e
di tutti gli altri organismi della comunità acquatica.
Se il ghiaccio fosse stato più pesante dell’acqua, si
ghiaccerebbe tutta l’acqua del mare, ad eccezione di un
piccolo strato superficiale.
EROSIONE
La proprietà dell'acqua di espandersi quando
congela ha ripercussioni geologiche ed
ecologiche notevoli.
Quando penetra nelle fessure delle rocce e
solidifica, aumenta di volume ed esercita una
pressione in grado di frantumarle: questo
processo contribuisce quindi al fenomeno
dell‘EROSIONE
Si poggia un ago su un foglio di
carta assorbente posto
delicatamente sull’acqua
Si bagnano i bordi del foglio per
appesantirlo.
Quando il foglio di carta va a fondo
l’ago rimane a galla
Agitando la superficie dell’acqua
l’ago va a fondo
+ +
+
-
+
+
+ -
+
+
+
-
+
-
++
-
-
Lo stesso fenomeno avviene
versando del detersivo
A causa del legame a
“idrogeno” le molecole di
acqua formano sono più
strettamente legate e formano
una specie di pellicola
impermeabile.
Questo fenomeno è detto
TENSIONE SUPERFICIALE
Tutto ciò che altera questo
equilibrio “rompe” la pellicola
impermeabile di acqua.
+ +
+
-
+
+
+ -
+
+
+
-
+
-
++
-
-
La tensione superficiale
spiega anche perché gli
insetti, vincendo la forza di
gravità riescono a
“pattinare” sull’acqua.
Il fenomeno della tensione
superficiale spiega anche
perché una goccia d’acqua è
sferica!
Le molecole in superficie
subiscono un’attrazione
diversa da quelle nel centro.
Quindi la superficie dell’acqua
subisce un’attrazione verso il
centro cercando di ottenere la
minor area possibile; ecco il
motivo della forma sferoidale
della goccia d'acqua!
Ed inoltre…
• Tutte le reazioni chimiche del nostro
metabolismo avvengono in acqua
• Il mezzo liquido favorisce l’interazione
delle molecole perché facilita gli urti
“efficaci”…
SENZA L’ACQUA NON CI SAREBBE VITA
RIFERIMENTI
BIBLIOGRAFIA
•
•
•
•
B.H.Mahan Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano
Morrison Boyd – Chimica Organica, CEA
Ternay – Chimica Organica Contemporanea, CEA
I. Polati - G. Sacco, Chimica, Juvenilia
Le immagini sono tratte da internet
Hanno partecipato
Gli alunni della 2A della Scuola Secondaria di
primo grado di Palmariggi
a.s. 2008-2009
(Istituto Comprensivo Muro Leccese)
•Consuelo Alfieri, Marika Bagnolo, Matteo, Castelluzzo, Alessia Cazzetta,
Marco Cazzetta, M. Chiara Cazzetta, Serena De Blasi, Desiree De Pasca,
Sara Colizzi, Cristina Montagna, Ylenia Saracino, Gloria Toma, Marina Villani
•Docente: Michelina Occhioni