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Test CISIA a.a. 2012/2013

277

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molecola polare, cioè fornita di estremità con

cariche opposte. La regione dell’atomo di os-

sigeno presenta una parziale carica negativa

(

d

) e quella degli atomi di idrogeno una par-

ziale carica positiva (

d

+

).

Le proprietà anomale dell’acqua derivano

dall’attrazione tra le sue molecole polari. La

debole carica positiva presente su un atomo di

idrogeno di una molecola è attratta dalla debo-

le carica negativa presente sull’atomo di ossi-

geno di una molecola vicina; le due molecole

sono tenute insieme da un legame a idrogeno.

Allo stato liquido, i legami a idrogeno sono as-

sai deboli, avendo ciascuno un’energia pari

circa 1/20 di quella di un legame covalente. I

legami a idrogeno si formano, si rompono e si

riformano con grande rapidità; in ogni istante

la maggior parte delle molecole è unita alle

molecole vicine mediante legami a idrogeno.

Le straordinarie proprietà dell’acqua sono fon-

damentalmente dovute ai legami a idrogeno

che ordinano le molecole in un livello superiore

di organizzazione strutturale.

Saranno prese in esame quattro delle qua-

lità dell’acqua che contribuiscono a rendere

l’ambiente terrestre appropriato alla vita: le

proprietà coesive dell’acqua, la sua capacità di

stabilizzare la temperatura, le sua espansione

in seguito al congelamento e la sua versatilità

come solvente.

Sebbene la disposizione delle molecole in un

campione di acqua allo stato liquido cambi

continuamente, in ogni determinato istante

gran parte delle molecole si trova legata alle

altre attraverso legami a idrogeno. La presen-

za di questi legami rende l’acqua una sostanza

più strutturata della maggior parte delle altre

sostanze liquide. La coesione dovuta ai legami

a idrogeno è uno dei fattori che, nelle piante,

determinano il trasporto dell’acqua e delle so-

stanze nutritive in essa disciolte contro la forza

di gravità. L’acqua giunge dalle radici alle foglie

scorrendo attraverso una rete di cellule con-

duttrici, che si comportano come dei capillari.

I legami a idrogeno sono anche responsabili

della tensione superficiale dell’acqua.

L’acqua stabilizza la temperatura dell’aria as-

sorbendo calore quando questa è più calda op-

pure liberando il calore immagazzinato quando

l’aria è più fredda. L’acqua è un’efficace banca

di calore grazie alla sua capacità di assorbi-

re o liberare quantità relativamente grandi di

calore con solo modeste variazioni della sua

temperatura; tale capacità deriva dal suo calo-

re specifico relativamente elevato. È possibile

ascrivere l’elevato calore specifico dell’acqua

all’esistenza dei legami a idrogeno; la rottura

dei legami a idrogeno richiede assorbimen-

to di calore, mentre la formazione di legami a

idrogeno si accompagna a liberazione di calore.

Un aumento di temperatura dell’aria causa una

variazione di temperatura dell’acqua relativa-

mente modesta poiché la maggior parte dell’e-

nergia termica viene impiegata per distruggere

i legami a idrogeno prima che le molecole d’ac-

qua possano iniziare a muoversi più veloce-

mente. Al contrario, una leggera diminuzione

di temperatura dell’acqua si accompagna alla

formazione di numerosi legami a idrogeno in

più, che liberano una considerevole quantità

di energia sotto forma di calore. Quindi, gra-

zie al suo elevato calore specifico, l’acqua che

ricopre la maggior parte della Terra mantiene

le fluttuazioni di temperatura entro limiti che

permettono la vita.

L’acqua è una delle poche sostanze che allo

stato solido presenta minore densità che allo

stato liquido; in altre parole, il ghiaccio galleggia

sull’acqua. Mentre altre sostanze si contraggo-

no quando solidificano, l’acqua si espande. La

causa di questo comportamento inusuale va

ricondotta, ancora una volta, all’esistenza dei

legami a idrogeno. A temperature superiori a

4°C, l’acqua si comporta come gli altri liqui-

di, espandendosi man mano che si riscalda e

contraendosi in seguito al raffreddamento.

L’acqua inizia a congelare allorché le sue mo-

lecole cessano di muoversi abbastanza vigoro-

samente da rompere i legami a idrogeno che

le legano. Quando la temperatura raggiunge

0°C, le molecole di acqua si fissano in un reti-

colo cristallino in cui ciascuna molecola si trova