L’acqua rappresenta un presupposto essenziale
per l’ esplicarsi di ogni forma di vita. E’
nell’acqua che si presume abbia avuto origine la
vita. Le riserve di acqua sulla terra sono enormi;
inoltre l’ acqua è il costituente quantitativamente
più abbondante di tutti gli organismi viventi, dal
54-64% dell’uomo al 95% di certe meduse. La
grande importanza biologica dell’acqua deriva
dall’insoluta “identità”conferitale dalla struttura
della sua molecola. La sua polarità,permettendo
la formazione di numerosi legami a
idrogeno,oltre a farne un ottimo solvente è
responsabile di altre proprietà:solubilità,elevata
tensione superficiale, capillarità.
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Legame idrogeno
Polarità dei legami
Solubilità
Effetto della temperatura
Effetto della pressione
Tensione superficiale
Le gocce
Tensione di vapore
Capillarità –Esperimento- Carbonatazione
Bilancio idrico nel corpo vegetale
Il legame idrogeno è un
legame intermolecolare ed è un
caso di interazione di dipolodipolo particolarmente forte
che si instaura fra molecole che
portano atomi di idrogeno
legati ad atomi
elettronegativi.In questo caso
le attrazioni tra i dipoli sono
forti e vengono chiamati
legame idrogeno.L’atomo di
idrogeno, a causa della sua
elevata densità di carica
positiva, dovuta al suo piccolo
raggio atomico, provoca la
formazione di veri e propri
ponti tra i due atomi
elettronegativi di due molecole
vicine. Tale tipo di legame
influenza notevolmente la
solubilità, il punto di ebollizione
e la viscosità dei composti.
In alcune molecole come nel caso
dell’acqua la distribuzione delle cariche
elettriche è disposta nel modo da rendere
la sostanza polare. La polarità conferisce
alle molecole alcune proprietà particolari,
una di queste è il comportamento in
vicinanza di un corpo elettricamente
carico. Per esempio una bacchetta di vetro
se strofinata su di un panno di lana, può
caricarsi elettricamente. Essa ora è in
grado di attrarre piccoli pezzi di carta , che
per induzione a loro volta si sono caricati,
ora si ripete l’ esperimento usando dei
liquidi , come l’acqua e il ciclo esano. A
seconda della polarità della sostanza
osserveremo un comportamento diverso,
facciamo scorrere un sottile filo di acqua e
accostiamo la bacchetta di vetro
precedentemente elettrizzata, si nota che
il flusso dell’acqua sostanza polare viene
deviato. Ora avviciniamo la bacchetta
elettrizzata ad una sostanza apolare come
il ciclo esano, noteremo quindi che il flusso
non viene deviato .
Proviamo a preparare una soluzione acquosa di
cloruro di sodio : lo riempiamo di acqua
distillata e versiamo nell’acqua qualche
cucchiaino di sale. Il primo cucchiaino si scioglie
completamente; man mano che aggiungiamo il
soluto, osserviamo che è sempre più difficile
che questo vada in soluzione. Continuando ad
aggiungere cloruro di sodio raggiungiamo una
situazione in cui il solvente non è più in grado di
sciogliere il soluto: in queste condizioni una
soluzione si dice satura; se provassimo ad
aggiungere dell’altro soluto questo si
depositerebbe sul fondo del recipiente: il sale
insoluto prende il nome di corpo di fondo.
Quando la soluzione si trova in una situazione
prossima alla saturazione si dice che è
concentrata, mentre quando la quantità di
soluto è decisamente inferiore alla quantità che
può essere sciolta, la soluzione si dice diluita.
La solubilità è quindi la concentrazione della
soluzione satura e dipende dalla pressione e
dalla temperatura:
La solubilità di una sostanza è la massa
(espressa in grammi) di quella sostanza che si
scioglie in 100 g di solvente a una data
temperatura per dare una soluzione satura.
Dalla nostra esperienza sappiamo che
quando mettiamo un cucchiaio di
zucchero in un bicchiere di acqua
fredda si forma un deposito come
corpo di fondo. Al contrario l’acqua
calda scioglie facilmente lo zucchero ,
anzi , ne scioglie una quantità
maggiore di quella che scioglierebbe
in una tazza di acqua fredda. Come
accade per lo zucchero, la solubilità
della maggior parte dei solidi è
influenzata dalla temperatura e ,in
genere, aumenta all’ aumentare della
temperatura. A differenza di ciò che
accade per i soluti solidi, la solubilità
dei gas diminuisce all’ aumentare della
temperatura. Sappiamo inoltre che a
temperature maggiori della
temperatura ambiente le bottiglie che
contengono soluzioni gassate possono
esplodere a causa dell’ aumento di
pressione interna alla bottiglia.
La temperatura non è l’unica
variabile che influenza la solubilità
di un gas in un liquido . Una bibita
che, da fredda, si riscalda, facilitata
di gas (in genere diossido di
carbonio). Per quale motivo , se
apriamo la lattina ancora fredda,
una cospicua quantità di gas
abbandona la bibita? La spiegazione
di questo fenomeno è data dalla
legge di Henry: la solubilità di un
gas in un liquido è direttamente
proporzionale alla pressione parziale
che il gas stesso esercita sulla fase
liquida. Maggiore è la pressione
parziale del biossido di carbonio ,
maggiore è la sua solubilità all’
interno della bibita.
Le molecole all ‘interno dei liquidi si
attraggono le une alle altre in tutte
le direzioni, mentre quelle che si
trovano in superficie sono attratte
soltanto dalle molecole sottostanti
con una forza così intensa che la
superficie dell’ acqua si comporta
come una specie di “pelle elastica”,
vale a dire che sull’acqua si crea una
tensione superficiale. Pertanto: la
tensione superficiale è la risultante
delle forze di attrazione verso
l’interno di un liquido. La tensione
superficiale di norma diminuisce all’
aumentare della temperatura e per
la presenza di particolari sostanze
denominate tensioattivi, sono
molecole costituite da lunghe catene
idrofobe, cioè non affini all’acqua,
che terminano con teste idrofile, cioè
affini all’acqua. Tra essi ricordiamo i
detersivi che, sciolti in acqua, ne
riducono tensione superficiale.
La tensione superficiale è
responsabile della forma assunta
dalle gocce di un liquido. Liquidi ad
una elevata tensione superficiale
come il mercurio danno delle gocce
sferiche che non tendono a
schiacciarsi.
L’acqua invece,che ha una tensione
superficiale minore, forma delle
gocce che tendono a schiacciarsi
facilmente. Tuttavia la forma
assunta dalle gocce oltre che dalla
tensione superficiale del liquido
dipende anche dalla natura del
materiale con cui il liquido
interagisce .Se facciamo cadere una
goccia d’acqua su un foglio di carta
oleata notiamo subito che assume
una forma più sferica;tale effetto è
dovuto alla diversa interazione tra la
superficie dell’acqua e quella della
carta oleata. Anche la presenza di
eventuali soluti può influenzare la
forma delle gocce .Se nell’acqua è
presente un sapone, la goccia
tenderà a spandersi più facilmente
per via della diminuzione della sua
tensione superficiale
I liquidi,per loro natura,tendono a evaporare
facilmente:lo si può osservare tutte le volte
che si lascia dell’acqua in un bicchiere o una
bottiglia di liquore aperta .Una misura della
facilità con cui i liquidi evaporano è data dalla
tensione di vapore. La tensione di vapore
indica la pressione del vapore che si trova in
equilibrio con il liquido
sottostante.Supponiamo di versare in un
recipiente dell’acqua e di tappare
immediatamente il recipiente.Le particelle di
liquido che possiedono una maggiore energia
cinetica tendono ad allontanarsi dal liquido
passando allo stato di vapore;dal momento
che il recipiente è chiuso,tali particelle
rimarranno intrappolate nello spazio
compreso tra il liquido e la superficie interna
del recipiente.Dopo un certo tempo,il numero
di particelle passate allo stato di vapore
comincia a esercitare pressione tale sulla
superficie del liquido da ostacolare
l’evaporazione di altre particelle. Questo è un
equilibrio dinamico. La pressione esercitata
dalle particelle che si trovano nella fase
vapore corrisponde alla tensione di vapore
del liquido. La tensione di vapore è
influenzata dalla temperatura.
Connessa alla tensione superficiale è
anche il fenomeno della capillarità.
Quando un capillare, un sottilissimo
tubicino di vetro o altro materiale,
viene immerso in un liquido, il livello
del liquido all’interno del tubicino è
tanto più altro quanto più stretto e il
suo diametro. Questo fenomeno è
spiegato dall’ esistenza di forza
d’attrazione tra le molecole dell’
acqua e le pareti dei tubi:forze dette
d’ADESIONE. Il fenomeno della
capillarità è molto importante in
natura, poiché le radici degli arbusti
muniti da tubicini sottili, per
capillarità assorbono dal terreno
l’acqua necessaria per la vita della
pianta. Questo fenomeno che l’ uomo
ha sfruttato in più occasioni si può
dimostrare con un esperimento:
:
Abbiamo utilizzato due
tubicini con diametro
diverso, uno maggiore
ed uno minore. Abbiamo
posto un baker con dell’
acqua colorata su un
fornellino . Inserendo i
due tubicini abbiamo
notato che l’ acqua sale
velocemente nel tubicino
con diametro minore.
Le caratteristiche più importanti
dell’ acqua che beviamo al
giorno d’ oggi sono due: il
sapore acido ed effervescente.
Queste sono dovute alla
presenza di anidride carbonica
disciolta. La presenza di CO2 è
data da fenomeni naturali o
artificiali, tramite il processo di
carbonatazione . Il primo ad
ideare questo processo fu
Joseph Priestley. La forma delle
bevande gassate come tonico
per la salute è durata per molto
tempo. Molti sostengono che le
bibite gassate andrebbero
evitate poiché gonfiano e fanno
ingrassare. Uno studio
britannico rivela inoltre che
alcune bibite potrebbero essere
responsabili di gravi danni alle
cellule del nostro organismo
provocando invecchiamento.
Dopo una pioggia le piante assorbono l’ acqua piovana dal suolo
attraverso l’ apparato radicale. Una volta entrata nelle radici , l’
acqua viene in parte immagazzinata in cellule specializzate
presenti nella porzione centrale più interna del cilindro
radicale:milioni di peli radicali si dipartono dalle cellule delle radici
laterali nello spazio interstiziale tra le particelle di suolo. Tale forza
può spingere l’ acqua a uscire dalle foglie dove si può depositare
sotto forma di piccole goccioline. La principale spiegazione del
trasporto di acqua nelle pianete consiste nella traspirazione , un
fenomeno che si potrebbe definire ingegneria naturale. La
traspirazione è la perdita do acqua tramite evaporazione dai fusti e
dalle foglie, soprattutto attraverso piccole aperture chiamate
stomi. Le molecole d’ acqua tendono sia a mantenersi in forte
coesione con altre molecole d’ acqua , sia ad aderire a molecole
diverse.. Come risultato, a muoversi verso l’ alto nel vaso
xilematico è tutta la colonna di liquido, con una nuova molecola di
acqua che viene fatta entrare nella parte inferiore attraverso le
radici. Nei fiori tagliati la stessa forza risucchia l ‘aria all’ interno
dei vasi xilematici. Nei giorno caldi e secchi l’ evaporazione dalle
foglie può superare l’ assorbimento idrico delle radici: in tal caso,
la tensione della catena di molecole d ‘ acqua in ciascun vaso
xilematico diventa sempre più forte.