ACQUA, LA MATRICE DELLA VITA - STRUTTURA MOLECOLARE DELL'ACQUA, CONSEGUENZE DEL LEGAME IONICO, L'ACQUA COME SOLVENTE, LA IONIZZAZIONE DELL'ACQUA, ACID

ACQUA, LA MATRICE DELLA VITA

STRUTTURA MOLECOLARE DELL'ACQUA

Ogni MOLECOLA d'acqua è costituita da DUE ATOMI DI IDROGENO e da un ATOMO DI OSSIGENO collegato a ciascun atomo di idrogeno mediante un LEGAME COVALENTE. A causa della forte attrazione del nucleo dell'ossigeno per gli elettroni, gli elettroni messi in comune nei legami covalenti passano più tempo intorno al nucleo dell'ossigeno che intorno ai nuclei degli atomi d'idrogeno; perciò la regione che circonda ogni nucleo d'idrogeno è debolmente positivo, mentre quello che circonda l'atomo di ossigeno ha una carica debolmente negativa. Il LEGAME IDROGENO si forma tra un vertice negativo di una molecola d'acqua e un vertice positivo di un'altra. Esso è molto più debole di un legame covalente o di un legame ionico inoltre è di breve durata e dopo essersi spezzato tende subito a riformarsi probabilmente tra molecole diverse.

CONSEGUENZE DEL LEGAME IONICO

1. TENSIONE SUPERFICIALE

Causa quella specie di pellicola che si forma sulla superficie dell'acqua facendola sembrare gelatinosa e elastica (gerride sulla superficie dell'acqua) e inoltre è una conseguenza dall'attrazione reciproca delle molecole d'acqua determinata dall'instaurarsi dei legami idrogeno che se si verifica tra molecole della stessa sostanza è detta COESIONE mentre se è tra sostanze differenti allora si chiama ADESIONE.

Abbiamo osservato questa caratteristica dell'acqua in laboratorio posizionando prima un ago e poi una moneta da 5 lire sul livello dell'acqua in un bicchiere.

2. CAPILLARITA' E IMBIBIZIONE

La CAPILLARITA è il movimento dell'acqua attraverso spazi piccolissimi( capillari, vetrini) ed è causato dall'azione combinata della coesione delle molecole d'acqua e dell'adesione alla superficie del vetro.

L'IMBIBIZIONE, invece, è il movimento capillare delle molecole d'acqua all'interno di alcune sostanze(legno, gelatina) aumentandone così il volume.

Noi abbiamo osservato la prima utilizzando all'inizio un capillare e poi due vetrini.

3. RESISTENZA A CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA

L'acqua ha un elevato CALORE SPECIFICO(o capacità termica), essa è una conseguenza dei legami ad idrogeno fra le sue molecole; tali legami tendono a limitare il movimento delle molecole.

Affinché l'energia cinetica delle molecole aumenti a sufficienza è necessario anzitutto rompere i legami ad idrogeno che tengono unite le molecole.

L'energia termica è quella forma di energia che ogni corpo possiede e che è dovuta all'incessante movimento di tutte le particelle che lo costituiscono.

La TEMPERATURA è associata all'energia cinetica media delle particelle che costituiscono un corpo, mentre l'ENERGIA CINETICA è data dalla somma dell'energia cinetica di tutte le particelle.

L'elevato calore specifico è molto importante perché ha conseguenze dal punto di vista biologico perché contribuisce a mantenere relativamente costante la loro temperatura interna il che è fondamentale.

Questo fenomeno si può facilmente notare nei CALORIFERI in cui viene utilizzata l'acqua siccome una volta riscaldata rimane calda a lungo diversamente da altri materiali o liquidi.

4. EVAPORAZIONE

Il passaggio di una sostanza dallo stato liquido a quello gassoso (ovvero l'evaporazione) richiede energia. L'acqua ha un ELEVATO CALORE D'EVAPORAZIONE ed esso è dovuto ai legami idrogeni che debbono essere spezzati. L'evaporazione è quindi un modo con cui gli organismi stabilizzano la loro temperatura.

LA SOLIDIFICAZIONE

La DENSITA è la grandezza espressa dalla relazione d= m/V nella quale m indica la MASSA e V il VOLUME (g/cm3) per la maggior parte dei liquidi la densità aumenta al diminuire della temperatura, e così è anche per l'acqua fino a 4° al disotto di tale temperatura sono così ravvicinati e si muovono così lentamente che ognuno può formare legami idrogeno con altre quattro molecole d'acqua.

Tuttavia al disotto dei 4° le molecole devono allontanarsi per cercare di mantenere il maggior numero possibile di legami idrogeno ed è per questo che il volume dell'acqua allo stato solido è maggiore che allo stato liquido. Se mettiamo ad esempio una bottiglia di vetro con dell'acqua la bottiglia se messa al freddo scoppierà, mentre nel caso di una bottiglia d'acqua la bottiglia si deformerà.

Infatti, ciò è facilmente verificabile mettendo un cubetto di ghiaccio sull'acqua, che galleggerà perché ha una minore densità.

Abbiamo anche visto la CRISTALIZZAZIONE, cioè la disposizione ordinata delle molecole, che si può notare nella brina e nella neve.

L'ACQUA COME SOLVENTE

Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più sostanze. La sostanza presente in maggiore quantità è detta SOLVENTE, mentre quella in minore quantità è detta SOLUTO.

Quando si discioglie in acqua una sostanza come il cloruro di sodio (NaCl) l'estremità positiva delle molecole d'acqua è attratta dagli ioni cloro (Cl-), mentre l'estremità negativa è tratta dagli ioni sodio (Na+).

L'interazione con le molecole d'acqua indebolisce i legami tra gli ioni del cristallo tanto da disgregarlo.

L'acqua è un ottimo solvente per queste molecole IDROFILE (che amano l'acqua) mentre le sostanze come grassi le cui molecole non hanno regioni polari, tendono invece a essere insolubili. Le molecole di questo tipo sono dette IDROFOBE.

LA IONIZZAZIONE DELL'ACQUA

Ad una data temperatura, nell'acqua pura allo stato liquido, un piccolo ma costante numero di molecole tende a ionizzarsi; Si ha quindi la tendenza da parte dell'atomo di idrogeno di lasciare l'atomo di ossigeno passando in soluzione sotto forma di ione H+, e si riaggrega così con un altro atomo di ossigeno di un'altra molecola. La REAZIONE DI IONIZZAZIONE O DI DISSOCIAZIONE DELL'ACQUA è: H2O   OH- + H+ ( le frecce indicano che è reversibile)

ACIDE E BASI

Una SOSTANZA ACIDA provoca un aumento della concentrazione relativa di ioni H+ in una soluzione, e una BASICA è una sostanza che provoca un aumento della concentrazione OH-.

Gli acidi e i basici forti aumentano in modo considerevole la concentrazione rispettivamente di ioni OH- e H+, e si ionizzano quasi completamente in acqua. Quelle invece deboli fanno aumentare debolmente la concentrazione degli ioni H+ e OH-. Il pH è la scala di valori per indicare l'acidità e la basicità.

ESEMPIO SOSTANZE ACIDE: Le sostanze acide si possono ad esempio trovare nello stomaco perché qui il loro compito è quello di distruggere il cibo facilitandone la divisione, e uccidere i piccoli microbi. Le sostanze acide prevalentemente si rifiutano perché ricordano i sapori amari e ricordano ciò che è velenoso. Le piante ed esempio possiedo delle sostanze benefiche per difendersi dagli erbivori.

ESEMPIO SOSTANZE BASICHE: Un esempio di queste sostanze è l'ammoniaca (NH3).

I COMPOSTI DELL'AZOTO

N2= azoto nell'aria.

NO2NO3= nitriti e nitrati. Sono dei fertilizzanti e il loro nome deriva da latino nitrum.

NH3= ammoniaca. E' utilizzata per igenizzare e veniva utilizzata anche per conciare le pelli. Nell'antichità veniva usata in Egitto dai monaci del dio Ammone e da qui deriva il suo nome. Essa avviene grazie alle eurine, e nata sottoforma di eurea si può trasformare da sola in ammoniaca.

COMPOSIZIONE DELL'ATMOSFERA

E' formata da: Azoto, Ossigeno, Argo, Anidride carbonica oltre che da idrogeno, ozono, metano, monossido di carbonio, elio, neon, cripto e xeno.