Proprietà fisiche e chimiche dell'acqua

Le proprietà fisiche e chimiche dell'acqua

Le proprietà dell'acqua: generalità e curiosità
Le proprietà dell'acqua: isotopi e struttura molecolare

Storico

L'acqua era considerata dagli Antichi uno dei 4 elementi fondamentali: il mondo era composto da una miscela di questi 4 principi essenziali in proporzione variabile. Era considerato un corpo semplice fino al 1774 ° secolo. Quindi diversi chimici hanno scoperto che l'acqua non era un corpo semplice eseguendo la sua sintesi e analisi. Citiamo i precursori, Priestley che ha prodotto l'acqua dalla combustione dell'idrogeno (1783), Watts (1783) che hanno avanzato l'ipotesi che l'acqua non fosse un corpo semplice, Monge che ha realizzato sintesi sotto l'azione di una scintilla elettrica da una miscela di ossigeno e idrogeno. Ma il decisivo esperimento di sintesi fu quello di Lavoisier e Laplace (1800) che sintetizzarono l'acqua dell'idrogeno e dell'ossigeno durante un memorabile esperimento pubblico. La decomposizione dell'acqua avvenne in seguito, dopo la scoperta della cella elettrica da parte di Volta nel 2. L'elettrolisi dell'acqua rese possibile misurare il rispettivo rapporto di ossigeno e idrogeno per arrivare finalmente al nota formula chimica H1800O. La prima elettrolisi pratica (e spettacolare) fu effettuata nel 1803 a Parigi da Robertson; la formula chimica fu chiarita dalle opere teoriche di Dalton (1811) e Avogadro (XNUMX).

Proprietà fisiche dell'acqua

L'acqua ha proprietà fisiche piuttosto specifiche rispetto ad altri liquidi. Appare come un liquido "strutturato", e non disordinato come gli altri liquidi, dal fatto che i suoi costituenti elementari sono associati.

Le proprietà dell'acqua servono come riferimento per la standardizzazione internazionale delle scale digitali: temperatura, densità, massa, viscosità, calore specifico. Il calore specifico è eccezionalmente elevato (18 calorie in moli per grado), spiega la grande inerzia termica dell'acqua e il suo ruolo di regolazione della temperatura della superficie terrestre. Gli oceani immagazzinano un'enorme quantità di calore che ridistribuisce dalle correnti oceaniche; l'evaporazione dell'acqua assorbe energia nell'ambiente acquatico e diminuisce la temperatura, la condensazione del vapore in goccioline nelle nuvole ripristina questo calore nell'atmosfera. I corpi idrici sulla superficie del globo sono vere e proprie navette termiche per i climi.

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La densità dell'acqua varia con la sua temperatura; aumenta quando la temperatura scende, ma la densità massima è a 4 ° C (0,997 g / cm3) e non a 0 ° come ci si aspetterebbe. Pertanto, mari e laghi congelano dalla superficie e non da allora il fondo dove si accumula, per fenomeno di stratificazione, l'acqua più densa. L'acqua allo stato solido è più leggera dell'acqua liquida (densità del ghiaccio: 0,920 g / cm3).

La viscosità dell'acqua dipende dalla sua composizione isotopica: l'acqua pesante è il 30% più viscosa dell'acqua normale. La viscosità diminuisce prima con la pressione e successivamente aumenta.

Il coefficiente di compressibilità isotermica dell'acqua è piccolo (4,9 10-5 per bar) e come prima approssimazione possiamo considerare l'acqua come incomprimibile. Tuttavia, le grandi depressioni atmosferiche agiscono sul livello del mare che sorge durante le tempeste. La tensione superficiale è elevata: l'acqua è un buon agente bagnante (72 dyne / cm); si insinua e penetra in tutti gli interstizi e i pori delle rocce e dei suoli per fenomeno di capillarità. Questa proprietà è fondamentale per lo stoccaggio dell'acqua nelle falde acquifere, per l'erosione superficiale delle rocce (scoppiando sotto l'effetto del gelo: il passaggio acqua-ghiaccio sviluppa una pressione fino a 207 KPa). La forte tensione superficiale spiega anche la forma sferica delle gocce d'acqua.

Lo stato fisico dell'acqua dipende dalla temperatura e dalla pressione. Il passaggio di gas liquido è fatto convenzionalmente a 100 ° C a pressione normale ma a 72 ° C solo in vetta dell'Everest (8 m). La temperatura di fusione del ghiaccio diminuisce con la pressione: sotto l'effetto di una pressione il ghiaccio diventa di nuovo liquido: così, i pattinatori scivolano effettivamente su un sottile film di acqua liquida formato sotto l'effetto della pressione del pattino . Il triplo punto d'acqua è a 848 ° C sotto 0,01 mbar.

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L'acqua può rimanere liquida al di sotto del punto di fusione del ghiaccio: questo fenomeno di superrefrigerazione può essere mantenuto fino a una temperatura di -40 ° C. È spiegato dall'assenza di germi per iniziare la cristallizzazione solida. In natura, il germe è fornito da un batterio comune, Pseudomonas syringae. La manipolazione genetica di questo batterio consente sia di ritardare il congelamento degli alberi da frutto, sia di accelerare il congelamento per rendere più facilmente la neve artificiale.

L'acqua è infine un eccellente solvente che funge da veicolo per la maggior parte degli ioni sulla superficie del globo.

Proprietà chimiche dell'acqua

L'acqua è un solvente eccellente che dissolve un numero molto elevato di sali, gas, molecole organiche. Le reazioni chimiche della vita avvengono in un mezzo acquoso; gli organismi sono molto ricchi di acqua (fino a oltre il 90%). È stato a lungo considerato come un solvente neutro coinvolto poco o no nelle reazioni chimiche. La diluizione in acqua ha permesso in particolare di rallentare l'attività dei reagenti. Infatti, l'acqua è un agente chimico molto aggressivo che rischia di attaccare le pareti del contenitore che la contiene: in una bottiglia di vetro, gli ioni di silicio passano attraverso l'acqua. L'acqua pura può esistere da un punto di vista normativo, cioè acqua senza contaminanti batterici e chimici, ma praticamente non esiste dal punto di vista chimico: anche l'acqua distillata contiene tracce di ioni o molecole organiche prelevate da tubi e contenitori.

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Nelle reazioni chimiche, l'acqua interviene per prima cosa dalla sua dissociazione in protoni H +, spesso associati a H2O per formare protoni idratati H3O +, e in ioni idrossile OH-. È il rapporto tra questi 2 tipi di ioni che determina il pH della soluzione (pH: logaritmo dell'inverso della concentrazione molare di H +). Molti metalli possono abbattere l'acqua, producendo idrogeno e un idrossido di metallo.

La dissoluzione di ioni (sali, acidi, basi) è una conseguenza della natura polare dell'acqua. La concentrazione di ioni in un sale caratterizza il prodotto di solubilità. I sali hanno valori di prodotto di solubilità diversi, il che spiega il fenomeno della cristallizzazione frazionata durante l'evaporazione di una soluzione salina. Nelle saline, l'acqua di mare deposita innanzitutto il carbonato di calcio, solfato di calcio, quindi cloruro di sodio e infine sali molto solubili come potassio, ioduri e bromuri.

Una proprietà importante sulla superficie della Terra è la dissoluzione della CO2 che produce un acido debole, acido carbonico, responsabile dell'alterazione chimica di molte rocce, in particolare di rocce calcaree. La quantità di CO2 disciolta è una funzione della pressione e una funzione inversa della temperatura. Il carbonato di calcio può essere disciolto sotto forma di carbonato acido e quindi precipitato nuovamente in base alle variazioni di temperatura e pressione, come nel caso delle reti carsiche.

Fonte: http://www.u-picardie.fr/

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