acqua
acqua
Una sostanza meravigliosa, indispensabile per la vita
L'acqua liquida ospita e alimenta la vita fin dalle sue origini, e il ghiaccio, acqua solida, protegge la vita acquatica, quando ricopre la superficie dei mari e dei laghi. Tutta l'acqua presente sulla Terra dà luogo a continui cicli di evaporazione, condensazione e precipitazione e le piogge e i fiumi che riportano l'acqua al mare modellano il volto geologico della Terra. L'acqua è stata fondamentale in tutta la storia dell'umanità, sia per gli aspetti economici, sia per quelli spirituali.
Il problema attualmente più pressante è permettere a tutti gli esseri umani di disporre di acqua potabile
L'acqua è vita
Un risultato spettacolare delle imprese spaziali è stato l'invio di fotografie della Terra, in cui era possibile vedere il volto del pianeta: bianco di nuvole e azzurro delle acque del mare. Spesso il colore prevalente è proprio l'azzurro, e da queste immagini potete verificare che gran parte della Terra è ricoperta dalle acque. Altre immagini emozionanti sono quelle dei bimbi nella pancia della mamma: sono immersi beati in un tiepido bagno protettivo, che lasceranno solo al momento della nascita. È evidente che l'acqua è importante sia per il grande Pianeta, sia per il piccolo bimbo, e il rapporto fra l'acqua e la vita è così rilevante che tutte le navicelle spaziali lanciate verso gli altri pianeti del Sistema solare hanno a bordo strumenti per cercare l'acqua sulla loro superficie.
Diversi aspetti della presenza dell'acqua sulla superficie del Pianeta e della sua funzione nel nostro corpo sono sorprendenti. I mari delle zone più fredde del mondo gelano di inverno e sotto la loro superficie ghiacciata i pesci continuano a vivere. Quando il bimbo nasce il suo corpo è costituito per tre quarti di acqua; il nostro corpo contiene ora meno acqua, ma certamente non meno di sei parti su dieci del nostro peso è dato da acqua: se voi pesate 40 chili quando camminate portate in giro 24 chili di acqua. Per trovare una spiegazione di questi fatti dobbiamo prima fare un viaggio nel mondo degli atomi e delle molecole, e poi, più tardi, ci affacceremo per un momento negli abissi di un tempo molto, molto lontano.
Il ghiaccio galleggia
L'acqua ha una proprietà molto speciale. In generale una sostanza allo stato solido è più densa della stessa sostanza allo stato liquido. Le particelle che costituiscono la sostanza sono più vicine e ben ordinate nel solido; quando il solido fonde, le particelle si allontanano fra di loro e occupano un volume maggiore. In altre parole, se si trovano nello stesso recipiente la sostanza liquida e la stessa sostanza solida si dispongono con il solido al fondo e il liquido sopra di esso. Per l'acqua avviene il contrario: il ghiaccio, che è acqua solida, galleggia sull'acqua liquida. Dato che abbiamo visto tante volte i cubetti di ghiaccio galleggiare in una bibita fresca non ci facciano più caso: si tratta però di un fatto eccezionale, che trova la sua spiegazione in certi particolari legami chimici che ora vedremo.
Il ghiaccio ha non solo la proprietà di essere più leggero ‒ a parità di volume ‒ dell'acqua liquida, ma ha anche quella di essere un buon isolante termico: non fa cioè disperdere facilmente il calore. Conoscete gli iglù, quelle strane case degli Eschimesi fatte di ghiaccio. Gli iglù sono costruiti con l'unico materiale solido largamente disponibile per gli Eschimesi, e questo materiale ha proprio la caratteristica di trattenere il calore all'interno della casetta di ghiaccio.
Sotto le acque ghiacciate la vita continua
Per la vita sulla Terra è di enorme importanza il fatto che il ghiaccio sia un isolante termico e sia più leggero dell'acqua liquida. Nell'estremo Nord e nell'estremo Sud del mondo a ogni stagione invernale la superficie delle acque gela, ricoprendosi di uno strato più o meno spesso di ghiaccio. Se il calore delle acque continuasse a disperdersi nell'aria l'intera massa di fiumi e di laghi potrebbe diventare un unico blocco di ghiaccio, e altrettanto avverrebbe nei bracci di mare poco profondi. È evidente che in un blocco compatto di ghiaccio nessun pesce, granchio o polipetto potrebbe sopravvivere, ma il ghiaccio protegge la vita sotto di sé, come risultato delle sue due proprietà più importanti. Il ghiaccio galleggia sull'acqua e non sprofonda come farebbe qualsiasi altra sostanza solida rispetto al suo liquido; quando lo strato che si forma sulla superficie raggiunge un certo spessore, cessa la fuga del calore dell'acqua, e il ghiaccio smette di crescere. Sotto la superficie ghiacciata la vita può quindi continuare.
Piccole e preziose cariche elettriche
I corpi che tocchiamo o vediamo e l'aria che respiriamo sono composti di molecole, piccolissime particelle invisibili composte a loro volta di atomi, particelle ancora più piccole. Le molecole dell'acqua hanno una formula semplice: H2O, due atomi di idrogeno (H2) e un atomo di ossigeno (O), con l'atomo di ossigeno legato ai due atomi di idrogeno: H−O−H (il trattino indica il legame fra gli atomi). Gran parte delle straordinarie proprietà dell'acqua nasce da un fatto molto particolare. I tre atomi che compongono la molecola dell'acqua hanno piccole cariche elettriche di segno opposto: ciascun atomo di idrogeno ha una carica elettrica positiva (+) e l'atomo di ossigeno ha due cariche elettriche negative (−). Ogni molecola dell'acqua è al suo interno ben equilibrata, ma la carica positiva di un suo atomo di idrogeno può essere attirata dalle cariche negative dell'atomo di ossigeno di un'altra molecola d'acqua, e così le due molecole si trovano a essere legate fra di loro con una certa forza. I chimici parlano in questo caso di legame a idrogeno. Il legame a idrogeno non è molto forte, anzi è più debole di quello che lega un atomo di idrogeno all'atomo di ossigeno nella molecola dell'acqua. Però è proprio il debole legame a idrogeno a essere responsabile di molte delle proprietà dell'acqua. Sono infatti i legami a idrogeno che attirano fra di loro le molecole dell'acqua e quindi le fissano nei cristalli di ghiaccio a una certa distanza l'una dall'altra, distanza comunque maggiore di quella che le stesse molecole hanno nell'acqua allo stato liquido. Si forma così una struttura solida più aperta, meno densa, di quella dell'acqua liquida, che permette al ghiaccio di galleggiare sull'acqua.
L'acqua accoglie, trasporta e scioglie
Nei mari e nei fiumi l'acqua accoglie la vita di innumerevoli animali e piante, nel vostro corpo l'acqua accoglie e trasporta con il flusso continuo del sangue tutto ciò che serve a mantenervi in vita, dai globuli rossi alle sostanze nutritive (anche i prodotti di rifiuto delle cellule sono trasportati dal sangue).
L'acqua accoglie, trasporta, e ‒ come sappiamo ‒ scioglie. Qualsiasi caramella, se evitiamo di frantumarla con i denti, ci si scioglie lentamente in bocca, e le sostanze che la compongono sono portate via poco per volta dalla saliva. Ancora una volta la proprietà dell'acqua di sciogliere molte sostanze ha origine nelle piccole cariche elettriche delle sue molecole. Le particelle che compongono lo zucchero e il sale da cucina sono molto diverse fra di loro, ma in tutti e due i casi esse hanno cariche elettriche. Lo zucchero e il sale si sciolgono facilmente nell'acqua perché le cariche elettriche, positive e negative, delle loro particelle sono attratte dalle piccole cariche elettriche delle molecole dell'acqua. L'attrazione è talmente forte che le particelle dello zucchero o del sale lasciano il cristallo in cui erano ben ordinate e cominciano a vagabondare nell'acqua, trascinate là dove va a finire l'acqua. Nel caso della caramella lo zucchero disciolto va a finire nel nostro stomaco ...
Ci sono però anche delle sostanze che non si sciolgono in acqua. Quando mangiamo un'insalata mal condita con troppo olio, sul piatto rimane un po' d'acqua, con delle curiose bolle gialline. L'olio non si scioglie nell'acqua perché le sue molecole non hanno quelle cariche elettriche che sono attratte dalle molecole dell'acqua e vi galleggia sopra perché più leggero.
==Il Ciclo dell'acqua e il volto della Terra==
Sul nostro pianeta 500.000 km3 di acqua passano ogni anno dallo stato liquido a quello di vapore. A questo processo di evaporazione partecipano mari, fiumi, laghi ed esseri viventi (in particolare le piante con la loro traspirazione). In assenza di profonde alterazioni climatiche la quantità di vapore presente nell'atmosfera è sempre la stessa, quindi ogni anno la condensazione del vapore delle nuvole produce mezzo milione di chilometri cubici di acqua, con precipitazioni sotto forma di pioggia o di neve. Non tutta l'acqua precipita sulla superficie terrestre là dove si è formato il vapore. Le nuvole si formano maggiormente sulle terre emerse che sui mari e così ogni anno il ciclo evaporazione-condensazione-precipitazione trasferisce 40.000 km3 di acqua dagli oceani ai continenti. È questa l'acqua che vedete scorrere nei fiumi verso il mare, ed è ancora questa l'acqua che precipita sulle montagne, che dilava e corrode le pareti delle valli e che infine deposita i detriti formando lentamente le pianure alluvionali, come la pianura Padana. Alla pari del vento, l'acqua scolpisce il volto della terra.
All'origine della vita
L'origine della vita sulla Terra è in gran parte misteriosa, però tutti gli scienziati concordano almeno su un punto: i primi, rudimentali segni di vita si sono avuti in un ambiente acquoso. Un vero abisso di tempo ci separa da quegli eventi straordinari, si parla di 3,8 miliardi di anni.
Un secolo e mezzo fa, il grande naturalista inglese Charles Darwin immaginò che la vita avesse avuto origine "in qualche piccolo stagno tiepido, in presenza di luce, calore, elettricità, fosfati e sali d'ammonio". Probabilmente l'immagine poetica di Darwin rappresenta bene una parte dello scenario naturale in cui si animarono le prime forme di vita. È certo che un piccolissimo ambiente acquoso fondamentale per la vita è proprio quello presente all'interno di tutte le cellule, come quelle che costituiscono il nostro corpo. Il corpo di tutti gli esseri viventi è così ricco d'acqua perché è costituito di cellule.
L'acqua nella storia dell'umanità
Il fatto che l'acqua sia indispensabile per la vita ci chiarisce perché abbia svolto un ruolo così importante nella storia dell'umanità. Grandi civiltà sono sorte sulle sponde di fiumi famosi, così che gli antichi Egizi sono sempre associati al Nilo, i Babilonesi al Tigri e all'Eufrate, gli Indiani al Gange, i Cinesi al Fiume Giallo.
Fin dall'inizio delle civiltà agricole l'acqua piovana fu conservata in cisterne e impiegata nell'irrigazione, insieme a quella dei fiumi. Poi si imparò a utilizzare la spinta dell'acqua corrente per muovere grandi ruote. L'uso dei mulini ad acqua si sviluppò un migliaio di anni fa, particolarmente nelle valli dove la forza dei torrenti è più impetuosa. Un processo simile all'insediamento geografico, ma tecnologicamente molto diverso, si ebbe a partire dalla fine del 19° secolo, quando sorsero le prime centrali idroelettriche.
L'acqua ha dato molto alla civiltà dell'uomo e uomini e donne hanno celebrato l'acqua nelle religioni, nella poesia e nel pensiero filosofico.
L'ambiente e il futuro dell'acqua
La civiltà industriale e commerciale, che è ora dominante a livello mondiale, ha portato con sé non solo il benessere per una certa parte dell'umanità, ma anche gravi problemi di degrado ambientale e di ingiustizia sociale. In riferimento all'acqua, i problemi sono molti, ma qui limitiamo la nostra attenzione alla questione dell'acqua potabile. Nei paesi industrializzati, e in particolare in Italia, paradossalmente l'acqua erogata dai servizi pubblici viene bevuta sempre meno rispetto all'acqua minerale in bottiglia; al contrario, in altre aree del mondo un miliardo e mezzo di esseri umani non ha accesso all'acqua potabile.
In assenza di cambiamenti radicali, in un futuro molto prossimo la situazione delle popolazioni senza acqua potabile sarà molto peggiorata. Su questo tema è necessario l'impegno civile e solidale da parte di tutti i cittadini, mentre il futuro dell'acqua richiede anche un impegno straordinario da parte degli scienziati. L'acqua potrebbe infatti diventare la sorgente inesauribile di un nuovo combustibile, l'idrogeno, e anche se i chimici e gli ingegneri non sono ancora in grado di produrre idrogeno dall'acqua a prezzi competitivi con il petrolio, è effettivamente possibile che nei prossimi decenni l'idrogeno ottenuto dall'acqua diventi la fonte di energia sostitutiva del petrolio.
Le proprietà dell'acqua e il sistema di unità di misura
Alla normale pressione atmosferica l'acqua ha queste tre proprietà fisiche:
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Temperatura di fusione 0° C
Temperatura di ebollizione 100°C
Densità relativa dell'acqua di fusione a 0°C 1
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Zero, cento e uno sono valori numerici molto particolari, e devono la loro origine alle vicende storiche del sistema di unità di misura che usiamo tuttora. Nel 1742 l'astronomo svedese Anders Celsius propose di misurare
la temperatura con termometri che indicavano zero alla temperatura del ghiaccio fondente, e 100 alla temperatura dell'acqua bollente. Era nato il 'grado centigrado' o 'grado Celsius'. Negli anni della Rivoluzione francese fu introdotto il sistema metrico decimale, e la massa di un chilogrammo fu definita come la massa di un dm3 di acqua a 0 °C. Dato che la densità è data dal rapporto fra massa (1 kg di acqua) e volume (1 dm3) la densità dell'acqua ha il valore più facile da ricordare: uno!
L'acqua nelle religioni, nella poesia e nella filosofia
La forza simbolica dell'acqua è immensa e gioca un ruolo rilevantissimo in tutte le religioni e in tutti i miti dell'umanità. Il secondo versetto della Genesi recita: "La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l'abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque". Nella tradizione di Ebrei e cristiani, per i quali la Genesi è un libro sacro, l'acqua fu creata prima della luce.
Il sacramento che rende cristiani, il battesimo, usa l'acqua come mezzo simbolico per togliere il peccato originale. Nel Corano, il libro sacro dei musulmani, l'acqua è esaltata come una meraviglia del Creato e come una benedizione: Dio "ha fatto piovere dal cielo le acque per voi, per dissetarvi e per fare crescere gli alberi coi quali nutrite gli armenti" (XVI, 10). Nel 13° secolo San Francesco recitava questa preghiera: "Lodato tu sia, mio Signore, per sorella acqua, la quale è molto utile, umile, preziosa e casta". Dogen, un santo buddhista giapponese contemporaneo di San Francesco, paragonava il suono dei torrenti alla voce del Buddha. Nel 20° secolo, il poeta Giuseppe Ungaretti, soldato nell'inferno della guerra di trincea, scriveva:
"Stamani mi sono disteso in un'urna d'acqua e come una reliquia ho riposato".
I poeti hanno celebrato l'acqua in tutte le lingue del mondo, e per millenni
i filosofi non sono stati da meno. Dalla Grecia alla Cina si è creduto che l'acqua fosse uno degli elementi costituenti l'Universo. In Europa solo nel 18° secolo i chimici hanno dimostrato che l'acqua non è un elemento, ma è un composto di idrogeno e di ossigeno. Non per questo l'acqua ha perso il suo ruolo simbolico nello spirito dell'umanità.
Le stranezze del consumo d'acqua in Italia
Gli Italiani sono grandi consumatori di acqua, ai primi posti nel mondo. Una posizione così alta nella classifica del consumo significa solo che siamo dei grandi spreconi. Il consumo d'acqua per ogni persona in Italia è di 604 m3 all'anno, di cui 120 m3 per usi familiari: sono 120.000 litri, pari a più di 340 litri al giorno. È una cifra enorme, più di otto volte i 40 litri al giorno ritenuti il minimo indispensabile per persona dalla Commissione mondiale per l'acqua.
Le amministrazioni locali spendono molti soldi dei cittadini per fornire alle famiglie acqua potabile e di gusto accettabile. In realtà i cittadini usano l'acqua potabile per tutti gli impieghi casalinghi, ma cercano di berne il meno possibile e ricorrono all'acqua cosiddetta minerale, che costa da duecento a mille volte di più dell'acqua del rubinetto.