Le fantastiche proprietà dell’acqua

Il Giornale Online
a cura di Red Hanuman

Nelle discussioni sulle forme di vita di altri mondi, ogni tanto fa capolino la possibilità che esse si basino su sostanze diverse da quelle a cui siamo abituati. Normalmente io sono molto scettico al riguardo (anche se non si sa mai…), in special modo quando si tenta di escludere l’acqua dal novero delle sostanze indispensabili. Vediamo il perché.

L’acqua è uno dei composti più semplici e comuni nell’universo. Come senz’altro saprete, è formata da idrogeno (H) e ossigeno (O), rispettivamente il primo e il terzo elemento più abbondanti nell’universo. Se consideriamo che l’elio (il secondo elemento più abbondante) normalmente non forma legami (è un gas “nobile”), l’acqua è il composto che ha più probabilità numeriche di formarsi.
Guardiamola in faccia (immagine a fianco). Quello in rosso è l’atomo di ossigeno, mentre quelli in bianco sono i due atomi di idrogeno. In “chimichese” (il linguaggio assurdo parlato dai chimici) l’acqua viene indicata con la formula H2O ed è un composto, i cui legami O-H sono di tipo “covalente polare”. In pratica, nel formare un legame gli atomi mettono in “compartecipazione” gli elettroni del livello più esterno, i quali se ne vanno a zonzo tra un atomo e l’altro. Non a casaccio, però: possono percorrere solo orbite prestabilite; il che porta i due atomi di idrogeno a distanziarsi tra loro di 104 gradi circa.

Gli elettroni, poi, hanno le loro “simpatie”, e in questo caso specifico preferiscono stare più tempo intorno all’atomo di ossigeno che intorno a quelli di idrogeno. Ne deriva che la carica dell’idrogeno (protone) resterà spesso scoperta, mentre l’ossigeno acquisterà parte della carica degli elettroni, diventando parzialmente negativo. Alla fine, la molecola d’acqua acquisisce una polarità accentuata: diventa un “dipolo elettrico”. E questa combinazione è “esplosiva”…
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Eh sì, perché questa particolarità cambia tutto. Le polarità nella molecola d’acqua fanno si che essa possa creare un particolare tipo di legame tra molecola e molecola: il “legame a idrogeno”. E’ un tipo di legame più debole di quelli usuali, ma abbastanza forte da condizionare le molecole d’acqua più vicine, e creare delle “associazioni temporanee”.
Questo legame condiziona moltissimo le prerogative chimico fisiche dell’acqua. Per fare un esempio, consideriamo molecole simili: il metano (CH4) a una atmosfera di pressione fonde a -182,7 °C e bolle a -161,4 °C, l’ammoniaca (NH4) fonde a -78 °C e bolle a -33 °C, l’acido solfidrico (che è più pesante dell’acqua, H2S) fonde a -86 °C e bolle a -60 °C. Come sapete, l’acqua pura fonde a 0 °C e bolle a 100 °C: una bella differenza, non trovate?

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Da questo tipo di legame dipendono molte proprietà dell’acqua, per esempio ci vuole tantissima energia per aumentare di un grado la temperatura dell’acqua, e ce ne vuole molta di più per farla passare da solido a liquido e da liquido a vapore. Come ben sapete, la temperatura non è nient’altro che un indice della velocità delle molecole. Visto che le molecole dell’acqua sono coordinate tra di loro, per aumentare la loro temperatura (velocità) bisogna superare l’inerzia causata dalla presenza dei legami ad idrogeno. Naturalmente, l’acqua quando si raffredda cede questa energia molto lentamente, mano a mano che i legami a idrogeno si riformano.Questo significa che l’acqua mantiene costante la temperatura di qualsiasi cosa le venga in contatto: è facile pensare che una dote simile aiuti moltissimo le creature viventi a mantenere le condizioni ideali per la loro vita.
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Non solo, visto che l’acqua è polarizzata, essa riesce a sciogliere molto bene i sali e i gas con cui si trova a contatto. Un’altra ottima qualità, visto che mettere a contatto molte sostanze diverse rende più probabile la nascita di qualche forma di vita. Grazie a questa proprietà, tutte le reazioni chimiche (metabolismo) che avvengono all’interno degli esseri viventi sono mediate dall’acqua, che alla fine è un “solvente universale”.
Un’altra peculiarità molto importante dell’acqua, causata dal legame a idrogeno, è il fatto che il ghiaccio è meno denso dell’acqua, e ci galleggia sopra: non è una virtù scontata. Se ci pensate bene, con qualche rarissima eccezione, le sostanze solide sono più dense dei liquidi corrispondenti. Questo dipende dal fatto che, durate la solidificazione, gli atomi e le molecole tendono a impacchettarsi molto più strettamente che nei liquidi.

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L’acqua pura, invece, alla pressione di una atmosfera ha la densità massima a 4°C. Al di sotto di questa temperatura, le molecole si acqua si dispongono rapidamente in gruppi esagonali che lasciano degli spazi vuoti al loro centro, ed è proprio questo vuoto a rendere il ghiaccio meno denso dell’acqua. Un indizio di questi gruppi esagonali lo possiamo trovare nelle forme dei cristalli di neve.
Questa particolarità rende un’enorme favore agli esseri viventi: quando l’acqua si raffredda in superficie, essa tende a scendere verso il fondo, richiamando altra acqua e creando dei moti convettivi che rimescolano tutta la massa. Così facendo si porta appresso i gas assorbiti e le varie sostanze disciolte, che si rendono disponibili in tutto il volume d’acqua. La temperatura, poi, tende a stabilizzarsi lungo tutta la colonna, fintanto che l’intera massa d’acqua raggiunge i 4°C. A questo punto, i moti convettivi si fermano e l’acqua si raffredda fino a ghiacciare. Il ghiaccio, però, si forma in superficie e isola la restante massa d’acqua, impedendole di perdere rapidamente il calore: forma una specie di coperta, insomma.

Tra l’altro, mentre si forma il ghiaccio perde gli eventuali sali disciolti, che si mescolano all’acqua sottostante rendendola più densa e abbassando la temperatura di fusione: si generano così ulteriori moti convettivi. Immaginatevi la Terra durante le glaciazioni: se il ghiaccio fosse stato più denso dell’acqua, sarebbe finito sul fondo degli oceani, che pian piano si sarebbero solidificati totalmente……
Altra dote importante dell’acqua: essa blocca molto bene le dannose radiazioni ultraviolette, ma lascia passare in profondità la luce visibile. Gli esseri viventi hanno quindi potuto evolversi al di sotto della sua superficie fino a quando non si è formato uno strato di ozono sufficientemente schermante.

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Un’ultima facoltà dell’acqua utile alle forme di vita sulla terra: possiede una elevata “tensione superficiale”. Le molecole d’acqua, soprattutto a causa dei legami ad idrogeno, tendono ad essere attirate più verso l’interno del liquido che non verso il gas che le sovrasta. Così facendo, si forma un “film” sulla superficie del liquido, quella stessa “pellicina” che consente alle idrometre di poterci camminare sopra.
Bene, la tensione superficiale dà all’acqua la capacità di risalire per capillarità all’interno delle piante e dà alle gocce la loro forma sferica.
Dopo tutto questo elenco, possiamo ancora pensare che l’acqua possa essere sostituita da qualcos’altro nelle forme di vita? Io dico di no…

Fonte: http://www.astronomia.com/2011/05/11/le-fantastiche-proprieta-dell-acqua/
Vedi: http://www.altrogiornale.org/news.php?item.5820.7

Le fantastiche proprietà dell’acqua ultima modifica: 2011-05-12T18:28:09+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)