Le caratteristiche dell'acqua.

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Testo

Le caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua.
Composto chimico di formula H2O, anche se ci appare il piщ comune dei
composti essa ha una grande importanza per lo sviluppo della vita grazie
alle sue proprietа fisico-chimiche. Che l'acqua fosse costituita da idrogeno
e ossigeno venne provato per la prima volta meno di due secoli or sono,
nel 1781, da Cavendish, il quale dimostrт la formazione di acqua allorchй
l'idrogeno bruciava combinandosi con l'ossigeno dell'atmosfera. Il fatto
che l'acqua sia formata da molecole costituite ciascuna da due atomi di
idrogeno e da uno di ossigeno venne poi definitivamente accertato solo nei
primi decenni del secolo scorso.
La molecola dell'acqua presenta un caratteristico insieme di proprietа
fisiche e chimiche che rende tra l'altro possibili i fenomeni biochimici e
con essi la vita di tutti gli organismi animali e vegetali.
Dal punto di vista chimico, и un composto molto stabile che solo a
temperature superiori ai 1500 єC comincia a decomporsi sensibilmente in
idrogeno e ossigeno; la dissociazione diviene praticamente completa solo a
temperature molto piщ elevate, oltre i 3000 єC. Nella molecola H2O i
due atomi di idrogeno si trovano alla distanza di 0,95 Е da quello di
ossigeno, rispetto al quale sono disposti in modo da formare un angolo
prossimo ai 105є. Le due coppie di elettroni che legano i due atomi di
idrogeno a quello di ossigeno risultano spostate verso l'atomo di ossigeno
(a causa dell'attrazione del doppietto di elettroni dell'ossigeno) per cui
esso presenta una frazione di carica negativa, e i due di idrogeno una
frazione di carica positiva: ne deriva cioи una struttura che si dice
dipolare. Di conseguenza, l'atomo di ossigeno di una molecola di acqua puт
attrarre un atomo di idrogeno di un'altra molecola, costituendo quello che
si definisce legame di idrogeno e che si traduce in una forza attrattiva
che tende a mantenere unite tra loro le molecole dell'acqua.
Nel vapore acqueo ciascuna molecola si muove invece liberamente nello spazio
e l'evaporazione dell'acqua corrisponde quindi alla rottura dei legami di
idrogeno presenti nell'acqua liquida . Essa presenta
perciт una tendenza minore a quella di altri composti di struttura analoga
a passare allo stato di vapore e quindi un punto di ebollizione relativamente
elevato. Anche il calore latente di evaporazione и elevato: presenta
infatti il valore di 539,5 cal/g a 100 єC, che aumenta lentamente con il
diminuire della temperatura.
La struttura dipolare dell'acqua favorisce la dissociazione e la solubilitа
dei sali e in generale delle sostanze a carattere ionico; la molecola
dipolare si dispone infatti a contatto o entro il reticolo ionico salino
annullando parzialmente con le sue cariche l'attrazione elettrostatica tra
gli ioni: di conseguenza l'agitazione termica prevale sulla coesione
liberando gli ioni del sale in soluzione. Nell'acqua liquida pura un piccolo
numero di molecole и dissociato in ioni H+ e OH- attraverso la reazione di
equilibrio: H2O(H++OH-. In realtа gli ioni H+ cosм formatisi non rimangono
allo stato libero ma si associano immediatamente con una molecola di acqua
non ionizzata formando gli ioni H3O+, detti ioni idronio o ioni idrossonio.
Il numero di molecole di acqua ionizzate и perт, come si и accennato,
estremamente basso, esso aumenta con l'aumentare della temperatura, pur
restando compreso entro limiti del medesimo ordine di grandezza. Di
conseguenza, quando sia perfettamente pura, l'acqua liquida presenta una
conducibilitа elettrica molto bassa, pari a 3,8Ч10-8 ohm cm a 18 єC.
Partendo dalla temperatura di 0 єC, la densitа aumenta con l'aumentare
della temperatura e raggiunge un massimo a una temperatura prossima ai 4 єC
(da 3,68 єC a 4,18 єC secondo le determinazioni di autori diversi) per poi
nuovamente diminuire. Alla pressione ambiente e alla temperatura di 0 єC
l'acqua solidifica cedendo il suo calore latente di solidificazione che и
pari a 79,4 cal/g; con l'aumentare della pressione il punto di congelamento
dell'acqua si abbassa e risulta p. es. di -2,5 єC alla pressione di 336 atm
e di -20 єC a quella di 2042 atmosfere. Questa influenza della pressione
и dovuta al fatto che l'acqua, come pochissime altre sostanze (il bismuto
metallico e la ghisa tra quelle piщ note), congelando aumenta notevolmente,
l'8% ca., di volume. Alla pressione ambiente e fino a una pressione di ca.
200 atm il ghiaccio cristallizza: nel sistema esagonale e di simmetria
esagonale risultano infatti all'esame microscopico i minuti cristallini che
formano p. es. i fiocchi di neve. A pressioni piщ elevate il ghiaccio
modifica il suo reticolo cristallino trasformandosi in altre forme
allotropiche di piщ alta densitа e indicate come ghiaccio II, ghiaccio III,
ghiaccio IV e ghiaccio V per distinguerle tra loro e dal ghiaccio I che и la
varietа stabile in condizioni ordinarie. Il fatto che il ghiaccio sia piщ
leggero e quindi galleggi sull'acqua liquida ha grande importanza, dal punto
di vista geologico e geografico, nel determinare le condizioni climatiche
sulla superficie terrestre; importante da questo punto di vista и anche la
grande tendenza delle molecole del vapore acqueo atmosferico ad assorbire
le radiazioni infrarosse. Il vapore acqueo и invece assai trasparente alle
radiazioni ultraviolette, che esso lascia giungere in larga misura dal Sole
alla superficie terrestre.

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