La
chimica dell'acqua
Una molecola d'acqua è H2O e questa molecola ha una
struttura tetraedrica. L'ossigeno è legato agli atomi d'idrogeno
mediante legami covalenti polari. Gli elettroni condivisi passano più
tempo vicino all'atomo di ossigeno rendendolo più negativo. La molecola
dell'acqua è un dipolo cioè una molecola con un lato carico
positivamente e l'altro carico negativamente. La dipolarità è
alla base del legame a idrogeno che si stabilisce tra qualsiasi altra molecola
che possegga cariche asimmetriche. Il legame a idrogeno permette alle molecole
dipolari di attrarsi reciprocamente. Esso è un legame debole che ha una
vita piccolissima. Il legame a idrogeno determina la formazione di catene di
più molecole unite fra loro. Ciò conferisce all'acqua una notevole
coesione reciproca. La natura del legame rallenta l'evaporazione permettendo
che l'acqua si trovi allo stato liquido. L'acqua è una componente
fondamentale per le cellule e consente anche il trasporto delle sostanze
all'intero organismo.
L'importanza
del legame a idrogeno
L'acqua ha numerose proprietà, la più importante è la forte coesione cioè l'attrazione reciproca
delle molecole che ne determina altre caratteristiche. Un'altra
proprietà dell'acqua è la tensione superficiale che è quel fenomeno per cui un qualcosa di molto
leggero poggiato su una superficie
acquosa riesce a galleggiare. Questo perché sull'acqua si forma una specie di
pellicola che riesce a sorreggere piccoli corpi. Se s'interviene ad abbassare
la tensione superficiale l'equilibrio si spezza e l'oggetto viene trasportato
da un lato. I detersivi hanno la proprietà di abbassare la tensione
superficiale. L'acqua si lega anche a tutte le superfici dotate di carica e
quindi ha anche una elevata capacità di adesione che praticamente è la proprietà dell'acqua
di bagnare. Adesione e coesione insieme producono un'altra proprietà
dell'acqua: la capillarità. Essa consiste nel fatto
che l'acqua riesce ad infiltrarsi in spazi piccolissimi senza alcun intervento
esterno e andando anche contro la forza di gravità. La
capillarità è importante nel mondo biologico perché permette
anche la risalita della linfa nei vasi delle piante. L'acqua penetra in tutti i
corpi porosi idrofili imbibendoli. Proprio grazie all'imbibizione i semi delle piante possono assorbire acqua dando inizio
alla germinazione. L'acqua possiede anche una notevole stabilità termica vale a dire che per riscaldarsi o
raffreddarsi ha bisogno di una notevole energia. L'acqua infatti ha un elevato calore specifico che è la quantità di
energia che una sostanza deve usare per variare la sua temperatura di un grado.
Ciò è possibile grazie al legame a idrogeno, infatti una parte
del calore viene usato per rompere i legami a idrogeno e l'altra parte
sarà utilizzata per aumentare la temperatura. Con l'aumentare
dell'energia cinetica aumenta la temperatura. Anche il calore di evaporazione dell'acqua è molto elevato.
Esso è la quantità di calore che occorre fornire perché una
qualsiasi sostanza passi dallo stato liquido a quello gassoso. L'acqua richiede
più energia sempre per il motivo dei legami a idrogeno. La
quantità di calore che va aggiunta o sottratta per solidificare una
sostanza è il calore di
fusione.
L'acqua allo stato solido presenta una minore densità rispetto a quello
liquido e ciò è dovuto ai legami a idrogeno che solidificandosi
non permettono un maggiore appressamento. Solidificandosi il ghiaccio si pone
sulla superficie dell'acqua, permettendone la vita al di sotto di esso.
Le
soluzioni acquose
L'acqua ha la capacità di sciogliere una gran
quantità di sostanze. Una soluzione è una miscela omogenea di due
o più sostanze in cui le proprietà fisiche sono costanti in tutti
i punti. La sostanza presente in maggiore quantità si chiama solvente,
l'altra soluto. La concentrazione è la quantità di molecole di
soluto disciolte nel solvente. Le sostanze che si disciolgono in acqua si
chiamano idrofiliche e sono sostanze polari, quelle che non si disciolgono si
chiamano idrofobiche, sono apolari e si disciolgono soltanto in solventi apolari.
In poche parole il simile scioglie il simile.
Acidi,
basi e soluzioni tampone
Se in una sostanza aumentano gli ioni H+ questa sostanza
è acida e il suo valore di pH si aggira tra uno e sei. Se invece
aumentano gli ioni OH- questa sostanza diventa basica e il suo valore si aggira
tra 8 e 14. Se il valore del pH si aggira tra sei e otto la sostanza si dice
neutra.
Rilevanza
del pH e soluzioni tampone
Le cellule sono molto sensibili anche a
piccole variazioni di pH e modifiche ampie possono anche ucciderle. La stabilità
e il funzionamento delle molecole risultano ottimali tra pH 6 e pH 8. E' molto
importante che le cellule si mantengano stabili tra tali valori. Affinché
ciò avvenga esistono nella cellula delle sostanze tampone che sono in
grado di mantenere stabile il pH. Queste soluzioni tampone sanno assorbire gli
ioni H+ se essi sono in maggioranza rispetto a quelli OH- o liberare ioni
H+ se essi sono in minoranza rispetto a quelli OH
