L’acqua è il composto chimico più abbondante sulla terra, copre circa il 71% della superficie terrestre, e costituisce circa il 70 % in peso della maggior parte delle forme di vita.
La gran parte di essa è rappresentata da acqua di mare o salmastra, inutilizzabile da bere, ma usata per lavorare, per l’irrigazione e per la maggior parte degli usi industriali. L’acqua dolce è ugualmente presente sul pianeta in quantità molto grandi (40 milioni di miliardi di tonnellate), ma è trattenuta per la maggior parte dalle calotte glaciali e dai ghiacciai. Solo lo 0,65% è suddiviso tra laghi, fiumi, acque sotterranee e atmosfera.
L’acqua viene comunemente associata a concetti di purezza, semplicità e trasparenza, ma la realtà è sorprendentemente complessa, e questa piccola molecola ha proprietà molto particolari.
La struttura della molecola
La sua formula chimica è H2O, che significa che un atomo di ossigeno lega covalentemente due atomi di idrogeno. L’ossigeno è l’elemento n.8, che ha nella sua configurazione esterna 6 elettroni, due nell’orbitale 2s e quattro negli orbitali 2p; quindi, deve legarne altri due per completare l’ottetto, e questi due elettroni sono forniti dai due atomi di idrogeno, che come sappiamo ne hanno solo 1 ciascuno. Il peso molecolare della molecola di acqua è18, somma di quello dell’ossigeno (16) e dei due idrogeni (1+1).
Inoltre, come il carbonio, anche l’ossigeno può formare quattro orbitali ibridi sp3, orientati verso i vertici di un tetraedro, due dei quali saranno impegnati nei legami con i due atomi di idrogeno e due conterranno una coppia di elettroni ciascuno, detti doppietti elettronici. I due atomi di idrogeno sono due dei vertici, con un angolo di circa 105 gradi fra loro, mentre i due doppietti puntano verso gli altri due vertici della piramide.
Il legame a idrogeno
L’ossigeno è collocato nel sesto gruppo del sistema periodico, ed è dotato di una elevata elettronegatività, cioè tendenza ad attrarre su di sé gli elettroni, che sono caricati negativamente. Per questo motivo la molecola di acqua è un dipolo elettrico, con la carica negativa parzialmente localizzata dalla parte dei due doppietti elettronici e quella positiva dalla parte dei due atomi di idrogeno. Fra le due cariche opposte è presente un’attrazione, quindi una molecola di acqua è in grado di attrarre elettrostaticamente un’altra molecola di acqua.
Questa attrazione è il legame a idrogeno, la più forte forma di legame fra le molecole anche se più debole di quella fra atomi. Questo tipo di legame rende l’acqua un liquido polare, capace di sciogliere i sali, anch’essi polari, ma non i grassi (come sappiamo bene quando ci cade l’olio sulla tovaglia), a differenza dei solventi organici, apolari, come invece fa ad esempio la trielina, o tricloroetilene, che è il solvente usato nelle lavanderie per il lavaggio detto “a secco”, che in realtà vuol dire senza acqua.
Proprio a causa di questa forte attrazione fra le molecole, l’acqua ha un punto di ebollizione (100°C) più alto rispetto ad altri composti liquidi di uso comune, come l’alcol etilico (78°C) o l’acetone (56°C).
I legami idrogeno sono legami direzionali, cioè tendono a orientare nello spazio le molecole che si legano. Essi sono molto comuni nei sistemi biologici, e hanno una funzione importante nel conferire una precisa struttura alle biomolecole, in particolare le proteine e gli acidi nucleici, e la struttura è fondamentale per la funzione vitale delle macromolecole biologiche.
L’acqua e il corpo umano
L’acqua svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento delle normali funzioni fisiche e cognitive e della normale termoregolazione dell’organismo umano. Senza compensazione della perdita di acqua, ad esempio attraverso la sudorazione, le funzioni fisiche e cognitive risultano compromesse. Per proteggere la temperatura interna del corpo l’organismo produce sudore, dissipando così l’energia metabolica sotto forma di calore. L’aumento della temperatura corporea è una conseguenza della riduzione della sudorazione e del flusso sanguigno cutaneo indotto dalla disidratazione.
In pratica, ogni sistema all’interno dell’organismo dipende dall’acqua. In particolare, l’acqua, che costituisce la sostanza più abbondante dell’organismo umano, presiede i processi fisiologici e le reazioni biochimiche del corpo, partecipa alla struttura di diverse sostanze e funge da solvente per la maggior parte dei nutrienti, come minerali, vitamine idrosolubili, aminoacidi e glucosio, intervenendo, tra l’altro sulla digestione, l’assorbimento, il trasporto e l’utilizzazione dei nutrienti. L’acqua permette anche all’organismo di eliminare le scorie metaboliche e agisce come lubrificante e ammortizzatore nelle articolazioni e nei tessuti, mantenendo elastiche e compatte la pelle e le mucose, la cui funzionalità dipende da un adeguato grado di idratazione. Garantisce inoltre la giusta consistenza del contenuto intestinale.
L’acqua sulla terra
L’acqua sulla Terrà è in continuo movimento e mutamento: durante il ciclo dell’acqua assume aspetti diversi, attraversando 3 diversi stati, che possono anche coesistere fra loro.
Solido: ghiaccio, neve e brina.
Liquido: la pioggia, il mare, i fiumi.
Gassoso: il vapore acqueo come le nuvole, la nebbia.
l ciclo dell’acqua rappresenta un processo fondamentale per garantire la vita sulla terra, in quanto consente la rigenerazione dell’acqua, un elemento importante per l’esistenza di esseri umani, piante e animali. Il ciclo è costituito da 4 fasi: evaporazione, condensazione, precipitazione e infiltrazione
In una prima fase, il sole scalda l’acqua dei mari e dei fiumi trasformandola in vapore. Salendo in cielo, il vapore acqueo si raffredda e subisce una nuova trasformazione che consente la composizione delle nuvole. Aggregandosi, le gocce d’acqua formano nuvole pesanti e cominciano a cadere a terra sotto forma di acqua o neve. Quando ritorna alla terra, l’acqua va a depositarsi nei fiumi, nei laghi, nei mari e negli oceani.
Una fonte di energia
L’acqua è una delle fonti di energia rinnovabile più antiche sfruttate dall’umanità.
Già gli egizi, i greci e i romani la usavano per macinare il grano o per altri compiti meccanici. La prima centrale idroelettrica vera e propria entrò in funzione nel 1882 nel Wisconsin (Stati Uniti), presso le Cascate del Niagara.
Una centrale idroelettrica è in grado di trasformare l’energia legata al movimento di un corso d’acqua in energia elettrica, grazie a un sistema di dighe che convoglia l’acqua in grandi vasche e aziona delle turbine.
Il resto lo fa un alternatore, ossia un macchinario che genera corrente elettrica a partire da un movimento meccanico.
Gli impianti idroelettrici sono utili anche per proteggere l’ambiente e tutelare la biodiversità: per esempio, sono stati realizzati impianti in luoghi strategici per favorire il ripopolamento di alcune specie di pesci e mammiferi, e non è raro che in corrispondenza delle centrali idroelettriche vengano costruite rampe per il passaggio della fauna.
Le dighe impediscono il passaggio di rami, alberi o altri oggetti potenzialmente pericolosi, mentre i bacini servono come riserva idrica per l’agricoltura e il consumo.
Una sostanza innocua?
Certo, tanto è vero che la beviamo. Però…
Il testo unico sulla salute e sicurezza del lavoro definisce come sostanze pericolose quelle che soddisfano i criteri di classificazione come pericolose o che, pur non essendo classificabili come comportano un rischio per la sicurezza e la salute dei lavoratori a causa delle loro proprietà chimico fisiche o del modo in cui sono utilizzate.
Proviamo a pensare cosa produce una grande quantità di acqua: frane, allagamenti, annegamenti. O cosa succede se la combiniamo con l’elettricità: corti circuiti, rischio di folgorazione.
Oppure cosa succede in funzione della temperatura: acqua bollente o vapore provocano gravi ustioni, mentre il ghiaccio (acqua al di sotto di 0°C) può provocare scivolamenti, incidenti stradali, o essere un corpo contundente. Una stalattite di ghiaccio è l’arma per il delitto perfetto!
Illustrazione creata con ia
