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Test CISIA a.a. 2012/2013
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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