Acqua. E la molecola più abbondante nel corpo E vitale. Uova di rana in ambiente acquoso

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1 Acqua E la molecola più abbondante nel corpo E vitale Uova di rana in ambiente acquoso

2 Proprietà chimica dell acqua I legami O-H sono covalenti polari. Infatti, l ossigeno attira fortemente gli elettroni di legame, spostando la loro carica negativa su di sé, mentre sugli atomi di idrogeno si accumula una parziale carica positiva. La distribuzione asimmetrica della carica elettrica rende la molecola polare.

3 Il legame a idrogeno La presenza di cariche parziali positive sugli atomi H e negative sugli atomi O fa orientare le molecole in modo che siano più efficaci le attrazioni elettrostatiche. Quando le molecole di acqua sono sufficientemente vicine tra esse si forma un legame a idrogeno, un particolare esempio di legame intermolecolare. Nel legame a idrogeno gli atomi O H O devono essere allineati. Le molecole legate da legami a idrogeno sono costrette a orientarsi e distanziarsi per rispettare la geometria del legame.

4 Il legame a idrogeno Gli atomi O H O sono allineati Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura Zanichelli editore 2011

5 Il legame a idrogeno La stragrande maggioranza delle proprietà fisiche dell acqua deriva dalla sua polarità e dalla presenza del legame a idrogeno. Valtutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura Zanichelli editore 2011

6 Acqua, temperatura e legami idrogeno

7 Struttura cristallina Allo stato solido le molecole, per la presenza dei legami idrogeno, occupano posizioni geometriche molto precise, in un impalcatura tridimensionale stabile chiamata reticolo cristallino.

8 Stato liquido e ghiaccio Nello stato liquido la disposizione delle molecole è disordinata, quasi come nel vapore, le molecole hanno elevata mobilità e si scambiano di posto frequentemente. Il numero di legami idrogeno è molto minore che nel solido. La formazione di legami a idrogeno comporta un allontanamento delle molecole d acqua passando allo stato solido. A differenza di quanto avviene per la maggior parte dei materiali, la densità dell acqua solida (ghiaccio) è quindi minore di quella dell acqua liquida

9 Acqua liquida e ghiaccio Questo fenomeno è di incredibile importanza per la vita. È possibile vivere negli oceani sotto la calotta polare, e negli abissi oceanici la temperatura rimane sempre superiore a 0 C.

10 Acqua liquida e vapore Per passare allo stato aeriforme si devono spezzare tutti i legami a idrogeno. Questo avviene a una temperatura molto elevata (100 C), quando le molecole hanno sufficiente energia cinetica.

11 L acqua L acqua è liquida tra 0 e 100 C, un intervallo di temperatura molto grande. Infatti la superficie del globo terrestre è occupata per più di due terzi da oceani, e la maggior parte dei fenomeni chimici naturali avviene in ambiente acquoso.

12 Calore specifico Il calore specifico è la quantità di energia che deve assorbire (o cedere) 1 kg di materiale per aumentare (o diminuire) di 1 K la sua temperatura Per raggiungere la temperatura di 100 C l acqua deve assorbire un elevata quantità di calore. Mettiamo un pentolino d acqua sul fuoco. Dopo alcuni secondi: Se tocchiamo il metallo ci bruciamo: il metallo ha un basso calore specifico (conduce il calore); L acqua, è ancora fredda: l acqua ha un elevato calore specifico (è un isolante termico).

13 Calore specifico Dall elevato calore specifico dell acqua deriva: - l azione mitigatrice dei climi delle località costiere o lacustri, - parte della stabilità termica degli organismi viventi.

14 Tensione superficiale La tensione superficiale è la tendenza delle molecole della superficie a lasciarsi attrarre verso l interno. La tensione superficiale fa sì che l acqua si comporti come una pellicola, e che le gocce d acqua siano sferiche. A causa della tensione superficiale il liquido tende ad assumere la forma che gli permette di avere la minore area superficiale (la forma sferica).

15 Tensione superficiale Le forze attrattive che agiscono sulle molecole di superficie non sono bilanciate: ciascuna molecola di superficie risente di una forza che la attira verso l interno e, per questo motivo, la superficie tende a contrarsi.

16 Tensione superficiale La tensione superficiale diminuisce all aumentare della temperatura. I tensioattivi contenuti nei detersivi riducono moltissimo la tensione superficiale dell acqua. I tensioattivi riducono la tensione superficiale tanto che l aria può essere incorporata nel liquido e formare una schiuma.

17 La Capillarità Se immergiamo un tubicino di vetro (capillare) in acqua, essa penetra nel tubicino e raggiunge un altezza tanto più alta quanto più è stretto il tubicino. Questo fenomeno, chiamato capillarità, sembra un paradosso perché contravviene al principio di Archimede dei vasi comunicanti.

18 Capillarità La capillarità è dovuta alle proprietà chimiche e fisiche dell acqua: coesione, cioè attrazione reciproca tra le molecole d acqua attraverso il legame a idrogeno; adesione, cioè affinità chimica delle molecole d acqua per il vetro, dovuta alla loro polarità.

19 Capillarità Le molecole di acqua a contatto con il vetro vi aderiscono e tendono a salire lungo il capillare bagnandolo. Le molecole all interno sono coese tra loro e tendono a resistere alla risalita. La contrapposizione di queste forze fa sì che la superficie del liquido prenda una forma emisferica, detta menisco.

20 Capillarità L acqua bagna il vetro, quindi sale nel capillare e si forma un menisco concavo. Il mercurio non bagna il vetro, la salita nel capillare è ostacolata dalla coesione tra le particelle e il menisco è convesso.

21 L acqua come solvente Molte sostanze tendono spontaneamente a miscelarsi con l acqua. La teina e la catechina sono sostanze che si liberano dalle foglie di tè messe in infusione in acqua calda, formando una soluzione acquosa. Perché si formi una soluzione (cioè un miscuglio omogeneo), si devono rompere i legami tra le particelle di soluto e molti dei legami tra le particelle di solvente. Al loro posto si formano legami tra le particelle del soluto e del solvente

22 L acqua come solvente L acqua è in grado di solubilizzare sostanze ioniche (come NaCl) e sostanze polari (come HCl e gli zuccheri). L azione delle molecole di acqua sui composti ionici indebolisce i legami ionici.

23 L acqua come solvente

24 L acqua come solvente Analogamente, quando le molecole di H 2 O interagiscono con sostanze polari come HCl, riescono a rompere i legami covalenti polari formando ioni idrati. Le soluzioni in cui sono presenti ioni come soluti conducono la corrente elettrica e sono dette soluzioni elettrolitiche.

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