LA MOLECOLA DELL'ACQUA ED I LEGAMI AD IDROGENO

Un filmato molto chiaro sui legami ad idrogeno che si instaurano tra le molecole  di acqua e che la rendono una molecola così particolare.
Ne avevamo già parlato anche qui .


                    

COME NASCE UN FIOCCO DI NEVE

                       
Con l'inverno ormai alle porte, guardiamo questo splendido video di Vyacheslav Ivanov, che ci racconta come si forma un fiocco di neve.

                         

Realizzato con la tecnica fotografica del time-lapse, attraverso l'uso di immagini al microscopio Vyacheslav Ivanov ci mostra di quanta poesia e matematica  sia fatta la Natura.

I fiocchi partono tutti da una forma “base”, un cristallo esagonale di ghiaccio, da cui progressivamente spuntano “rametti” e altre strutture. Eccone anche una collezione realizzata da Kenneth Libbrecht, fisico del California Institute of Technology. Cliccare sull' immagine.

CAPILLARITA'

La capillarità è un fenomeno che permette all'acqua di salire in tubicini molto sottili. Questo fenomeno è spiegato dall'esistenza di forze di attrazione tra le molecole dell'acqua e le pareti del tubicino: tali forze sono dette forze di adesione.

Anche tra una molecola d'acqua e l'altra esistono forze di attrazione dette forze di coesione. Quando l'acqua è contenuta in un tubo dal diametro grande, il numero delle molecole d'acqua a contatto con il vetro è relativamente piccolo. Quando invece si tratta di un tubo capillare, il numero di molecole dell'acqua a contatto con il vetro è molto piu' grande, quindi prevalgono le forze di adesione sulle forze di coesione. L'acqua sale per un certo tratto lungo il tubo di vetro, mentre la superficie del liquido non si presenta piana ma curva, con la concavita'  verso l'alto. 

Nel caso dell'acqua  la superficie libera del liquido ha la forma di menisco concavo, ma esistono liquidi come il mercurio, che "non bagnano la parete", in cui la superficie libera ha la forma di menisco convesso.

Incontriamo la capillarità nella vita di ogni giorno quando, ad esempio, inzuppiamo un biscotto nel tè, quando uno straccio o una spugna assorbono l'acqua oppure quando vediamo l'umidità risalire dal terreno lungo i muri di una casa.

Le piante sfruttano questo tendenza, la capillarità, per portare l'acqua dalle radici fino alle foglie.

sezione di vasi legnosi (linfa grezza)

LEGAMI AD IDROGENO E CARATTERISTICHE DELL'ACQUA

L’acqua ha proprietà fisiche e chimiche molto particolari che ne fanno il liquido  il liquido "biologico" per eccellenza. E allora, esaminiamo alcune di queste "stranezze", dovuta alla presenza di legami di idrogeno tra le molecole 

L’acqua è liquida nell’intervallo di temperatura in cui avvengono tutti i più importanti processi biologici.

 A differenza della maggior parte delle altre sostanze, l’acqua liquida ha densità maggiore dell’acqua solida, il ghiaccio. Tutto ciò ha profonde implicazioni ecologiche.

L'acqua sotto lo strato superficiale di ghiaccio rimane perciò abbastanza calda da permettere la vita delle piante e degli animali acquatici.

L’acqua è un ottimo solvente per soluti polari e ionici. Forma legami idrogeno con altre molecole di acqua e con altre molecole polari, e quindi può sciogliere sostanze attraverso tali interazioni.

Molecole di acqua circondano lo ione sodio

Anche il glucosio è una molecola che presenta delle regioni polari e quindi è solubile in acqua ( il simile scioglie il suo simile)

modellino di molecola di glucosio

La presenza di legami idrogeno porta ad un’elevata temperatura di ebollizione.

L’acqua ha una capacità termica alta rispetto a quella della terra e dell’atmosfera. Questo significa che è necessario molto più calore per aumentare di 1 grado la temperatura di una determinata massa di acqua rispetto alla stessa massa di terra. Tale comportamento è dovuto alla rete di legami idrogeno esistenti tra le sue molecole.

Dal punto di vista ambientale, la capacità dell’acqua di assorbire molto calore senza un forte aumento della temperatura influenza fortemente il clima sulla Terra. Le grandi masse di acqua (laghi, fiumi, oceani) assorbono o cedono grandi quantità di calore con piccole variazioni di temperatura, e questo rende il clima delle regioni circostanti più temperato e la temperatura più stabile rispetto alle zone più interne.

L'acqua possiede una elevata "tensione superficiale", determinata proprio  dalle forti interazioni intermolecolari dovute ai legami idrogeno. La tensione superficiale di un liquido è dovuta alla diversa attrazione che una molecola subisce da parte di altre molecole vicine a seconda che si trovi nella massa di un liquido o sulla sua superficie, come è schematizzato nella figura.
Il fatto che la tensione superficiale dell'acqua sia molto elevata, favorisce la sua capacità di muoversi in capillari sottili e in materiali porosi (capillarità). E cosa sono le minuscole vene che giungono fino alle pieghe più riposte del nostro corpo se non capillari  sottili (li chiamiamo infatti capillari sanguigni)? E cosa sono le membrane cellulari se non setti porosi in grado di far passare certe sostanze e non altre?

Per abbassare l’alta tensione superficiale dell’acqua, che inibirebbe alcune funzioni, gli organismi viventi producono opportuni composti, detti tensioattivi, simili ai detergenti. Nei polmoni, per ridurre il lavoro necessario ad aprire gli spazi alveolari e permettere una buona respirazione, le cellule alveolari secernono un tipo particolare di tensioattivo, un fosfolipide.

SHOW ME THE WATER

La NASA, con un video  sponsorizza il suo Global Precipitation Measurament, un programma di ricerca internazionale legato al lancio di un satellite, che fornirà informazioni a livello mondiale, ogni tre ore, sulle precipitazioni sul nostro pianeta.

L'acqua è una risorsa molto limitata sulla terra, non distribuita in maniera uniforme, per cui dobbiamo salvaguardare questa risorsa fondamentale per l'umanità. 

                       

DA DOVE PROVIENE L'ACQUA SULLA TERRA?

Al momento della formazione del nostro pianeta, la temperatura del disco di gas, a una distanza di circa 150 milioni di chilometri dal Sole (cioè la distanza cui si trova la Terra), era troppo elevata per permettere la condensazione dell’acqua.

I planetesimi che hanno dato origine alla Terra dovevano, quindi, essere formati da composti refrattari e non contenere acqua. Oggi, grazie allo studio delle meteoriti (frammenti di asteroidi che cadono sulla Terra), sappiamo che i planetesimi situati nella parte più interna della cintura degli asteroidi – a circa 300 milioni di km dal Sole– sono anch’essi privi di acqua.Invece, quelli che si trovano nella parte più esterna della cintura, tra i 400 e i 500 milioni di km dal Sole, sono ricchi di acqua (questa rappresenta circa il 5% della loro massa complessiva). Allontanandoci ancora dalSole, oltre i 750 milioni di kilometri, si trovano i satelliti dei pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) e le comete, la cui massa è rappresentata per circa il 50% da ghiaccio d’acqua e per la restante metà da rocce.

Vista la distribuzione dell’acqua nel Sistema solare, si pensava che quella presente sulla Terra fosse stata portata da comete entrate in collisione con il nostro pianeta. Studi recenti sullacomposizione isotopica dell’acqua hanno messo in discussione questa ipotesi.

In natura esistono tre isotopi dell’idrogeno (che ha numero atomico Z =1): l’idrogeno propriamente detto (H) con numero di massa A= 1, il deuterio (D) con A= 2 e il trizio (T) con A= 3.

Le molecole di acqua più abbondanti sono quelle di formula chimica H2O e, in misura minore, HDO. Sulla Terra su 1000000 di molecole di acqua 150 sono di HDO. Le osservazioni astronomiche più recenti hanno mostrato che l’acqua sulle comete ha un rapporto isotopico circa doppio di quello della Terra.

L’acqua degli asteroidi  ( condriti carbonacee ) che si trovano nella cintura esterna, invece, ha lo stesso rapporto isotopico dell’acqua sulla Terra. Ciò suggerisce che l’acqua provenga dagli asteroidi della cintura esterna. Le simulazioni al calcolatore della formazione del Sistema solare confermano che la Terra, verso la fine del suo processo di accrescimento, ne avrebbe incorporato un numero sufficiente.

Le comete, invece, che hanno una probabilità di collisione con la Terra molto bassa, possono aver portato al massimo il 5% dell’acqua attualmente presente sul nostro pianeta.

              

SLIDES RIASSUNTIVE SU ATOMI, MOLECOLE, LEGAMI CHIMICI

                                 

Molecole 1 from Vittoria Patti

                                 

CAPILLARITA'

Il fenomeno della capillarità, connesso alla tensione superficiale, consiste nel fatto che se si immerge in un liquido l'estremità di un capillare (tubo di vetro di diametro molto piccolo), il liquido stesso (vedi figura) tenderà a disporsi nel capillare a un livello più alto (1) o più basso (2) rispetto al livello del liquido esterno; inoltre, la superficie libera del liquido all'interno del capillare non è piana, ma tende ad assumere una forma curva (menisco), rispettivamente concava nel caso (1) o convessa nel caso (2).

Nel primo caso, tipico dell'acqua, il liquido "bagna'' la superficie di vetro poiché le forze di adesione tra liquido e vetro sono maggiori delle forze di coesione alla superficie del liquido (dovuta alla tensione superficiale).

Nel secondo caso, tipico del mercurio, il liquido "non bagna'' il vetro, cioè le forze di coesione prevalgono su quelle di adesione.

In natura la capillarità assume particolare importanza nella salita della linfa lungo i fusti delle piante e nella circolazione periferica del sangue.

Il diverso comportamento dell'acqua e del mercurio in presenza di un capillare

GARBAGE PATCH STATE : L'ISOLA DI PLASTICA DIVENTA STATO

GARBAGE PATCH STATE

Avevamo già parlato qui dell'isola di plastica galleggiante nel Pacifico, grande come il Texas.

In effetti esistono  in totale cinque immense isole di plastica, sia nell'Atlantico che nel Pacifico. A seguito di ricerche condotte con una serie ventennale di crociere scientifiche, la ricercatrice Kara Lavender Law ha riscontrato anche nell'oceano Atlantico un'elevata concentrazione di frammenti in corrispondenza all'incirca del Mar dei Sargassi. Simulazioni al computer hanno individuato due altre possibili zone di accumulo di rifiuti oceanici nell'emisfero meridionale: una nell'Oceano Pacifico a ovest delle coste del Cile e una seconda  tra l'Argentina e il Sud Africa.

La plastica arriva solo per il 20% dalle navi e dalle piattaforme petrolifere. L'80% proviene direttamente dalla terraferma, dove ogni anno ne produciamo oltre 250 milioni di tonnellate.

L'INIZIATIVA 

Per denunciare questa situazione – nota a molti, ma poco sottolineata – l’artista italiana Maria Cristina Finucci ha proposto di nominare un nuovo stato, proprio su una di queste immense isole di plastica, chiamato GARBAGE PATCH STATE  Il bello è che la proposta è stata accolta, grazie anche al supporto dell’UNESCO e all’Organizzazione delle Nazioni Unite  per l’Educazione la Scienza e la Cultura, e la terra ha quindi davvero un nuovo stato, fatto interamente di plastica. Lo Stato ha ormai anche una capitale chiamata Garbandia, una costituzione e una bandiera. Maria Cristian Finucci ha inoltre realizzato un’installazione chiamata Wasteland, ricordante il nuovo Stato, e che sarà esposta alla Biennale di Venezia tra il 29 maggio e il 24 novembre.

Come arriva in mare tutta questa plastica?

Perlopiù la colpa è nostra, che gettiamo bottigliette e tappi per strada; essi vengono lavati via dalla pioggia e finiscono prima o poi in un tombino. Da lì si incanalano negli scarichi fognari, che a loro volta spurgano nei fiumi, e non ci vuole Sherlock Holmes per immaginare che fine fanno. Solo una percentuale inferiore al 5% di plastica, in tutto il mondo, viene riciclata.

Clicca su immagine

Quali sono le conseguenze di questo disastro ambientale sulla vita?

Le più evidenti sono i danni diretti, per ingestione, per soffocamento o per altre  interazioni con delfini, tartarughe e altri grandi animali che vengono a contatto con le parti, meno appariscenti, ma potenzialmente letali di una bottiglietta di plastica, come per esempio l'anello che blocca in posizione il tappo. Questo è ciò che può fare ad una tartaruga marina che sfortunatamente lo incrocia sulla sua strada e decide che può essere divertente passarci dentro.

La plastica, nel tempo, si frammenta, dando luogo ad un vero e proprio minestrone che resta in sospensione per migliaia di anni. Un tempo la sabbia delle spiagge si formava grazie alla frammentazione di rocce e coralli: oggi iniziamo già ad avere le prima spiagge di plastica. Inoltre, centinaia di campionamenti su piccoli pesci, pescati in un'area grande il doppio del Texas, circa dieci miglia al largo delle coste americane, hanno mostrato come oltre un terzo del pescato avesse plastica nello stomaco. Il record appartiene ad un pesciolino lungo appena 6,4 cm, che aveva nella pancia ben 84 piccoli pezzetti di plastica.

Ma cosa succede quando la plastica arriva a triturarsi fino a diventare polvere?

Succede che viene ingerita da moltissimi organismi marini filtratori, che ingurgitano pericolosi composti, come i policlorobifenili, introducendoli di fatto nella catena alimentare.

Ecco come una bottiglietta, gettata via senza criterio, può ripresentarsi sulle nostre tavole e, silenziosamente, condannarci a morte.

Tornare indietro non si può. Gli oceani sono spacciati perché non esiste alcun modo di ripulirli, nè economicamente nè praticamente, ovvero senza dare il colpo di grazia alle specie marine che ancora li popolano. La sola cosa da fare è cerare di limitare i danni facendo molta, molta attenzione a dove gettiamo via la plastica già in circolazione. 

E, possibilmente, evitando di produrne di nuova.

ACQUA: BUFALE E FALSI MITI

Ecco il video del programma Consumi&Consumi di RaiNews24 in cui Roberto La Pira parla di miti e bugie sull’acqua.
Quello che dice è verissimo e accreditato da studi medici!!!!!!!!
Riparleremo di questo argomento, ma intanto guardiamo il video e cominciamo a chiarirci le idee, dopo tanta pubblicità sulle acque minerali!!!!!!!!!

GOCCE E TENSIONE

LA TENSIONE SUPERFICIALE

Osservando le acque di uno stagno o anche una pozzanghera, scopriamo che alcuni insetti sono in grado di pattinare sulla superficie dell'acqua.

 Questo straordinario comportamento è dovuto al fatto che sulla superficie di un liquido le molecole formano una specie di pellicola, capace di sostenere un corpo leggero. Questo fenomeno prende il nome di tensione superficiale.

 La tensione superficiale è dovuta al fatto che tutte le molecole che si trovano sulla superficie di un liquido vengono attratte dalle molecole vicine e da quelle che si trovano sotto di loro (perché al di sopra di esse non ci sono altre molecole del liquido), a differenza di quelle che si trovano all'interno della massa liquida, che sono attratte allo stesso modo in tutte le direzioni. Le molecole della superficie premono quindi sul liquido formando una sorta di pellicola tesa sulla superficie stessa: per questo si parla di tensione superficiale. 

Ecco perché le gocce d'acqua sono sferiche: le molecole sulla superficie

della goccia si attraggono tra loro e vengono attratte verso l'interno, creando così delle forze che comprimono il liquido della goccia da tutte le direzioni e gli danno la forma di una sfera.

                                                   

                                                                 

UNA MOLECOLA SPECIALE: l'ACQUA

Avete mai pensato come possono sopravvivere gli animali dei poli immersi in acque ghiacciate a temperature molto al di sotto dello zero? Avete mai pensato a come fanno a disciogliersi le molecole nell’acqua? Bene, tutte queste proprietà sono insite nella natura del legame idrogeno. Questo, instaurandosi tra le molecole di acqua, conferisce alle soluzioni acquose una notevole coesione interna; inoltre le deboli interazioni causate dal legame idrogeno sono fondamentali per i processi biologici, perché possono facilmente formarsi e rompersi a seconda delle necessità fisiologiche.

Le proprietà fisiche determinate da questo tipo di legami permettono all’acqua di diminuire la sua densità al diminuire della temperatura, in quanto la quantità di molecole interagenti diminuisce (vedi foto ). Ciò permette alle enormi lastre di ghiaccio di galleggiare sull’acqua isolando dal freddo gli strati più profondi degli abissi, permettendo alla vita di continuare.

La dinamica della vita (ed è qui che intervengono le proprietà chimiche dell’acqua conferite dal legame idrogeno) necessita di cambiamenti rapidi nelle interazioni intra- ed inter-molecolari, cosa che non sarebbe possibile se tali interazioni avessero forze di legame troppo elevate.

I legami idrogeno entrano in gioco anche nella genetica e più precisamente nell’appaiamento delle due eliche del DNA, nel processo di trascrizione e di traduzione.

La formazione del legame idrogeno conferisce inoltre  all’acqua la capacità di sciogliere molecole sia organiche che inorganiche.( Il sangue è formato da acqua , per mezzo della quale trasporta molecole, sali e nutrienti )