L'ACQUA - Struttura chimica

L'ACQUA

Struttura chimica

L'acqua è una delle sostanza più importanti ed essenziali per la vita dell'uomo. Il nostro organismo è costituito per circa il 63% da acqua e la maggior parte delle reazioni chimiche avviene in soluzione acquosa. Sulla terra l'acqua si può trovare allo stato solido, liquido o aeriforme.

Vista la particolare importanza e diffusione di questa importante sostanza, le sue proprietà chimico fisiche sono state oggetto di approfondite indagini sperimentali per cui il quadro generale ottenuto risulta abbastanza singolare.

Com'è noto, la molecola d'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e uno do ossigeno e possiede struttura planare. L'angolo tra i due legami, che sono perfettamente equivalenti, è di 105°, mentre la lunghezza del legame è di 0,096 nm.

La molecola d'acqua è polare poichè i due legami covalenti sono polarizzati ed il baricentro delle cariche frazionarie positive non coincide con il baricentro delle cariche frazonari negative.

Il punto di ebollizione e di fusione dell'acqua, paragonato con quello degli idruri degli elementi dello stesso gruppo dell'ossigeno, risulta notevolmente più elevato; i valori ottenuti per estrapolazione grafica, infatti, dovrebbero essere rispettivamente di 64°C e di 84°C. Questo dato dimostra che l'acqua, per passare dallo stato liquido allo stato di vapore, necessita di una maggiore quantità di energia e che le sue molecole sono più fortemente legate tra loro.

Si è dovuto, pertanto, ammettere che l'attrazione intermolecolare non fosse dovuta soltanto al legame dipolo-dipolo, ma anche da un altro tipo di legame, ossia il legame a idrogeno. A causa di questo legame le molecole dell'acqua tendono ad attirarsi secondo orientamenti ben precisi e ognuna di esse può essere circondata da altre due, tre o quattro molecole. Nel ghiaccio e nella neve, due molecole si legano attraverso gli atomi di idrogeno e due attraverso i doppietti liberi dell'ossigeno. La struttura spaziale che si viene a creare è di tipo tetraedrico e ogni atomo di ossigeno è circondato da quattro atomi di idrogeno: due legati covalentemente e posti a 0,096 nm e due legati mediante legami ad idrogeno e posti a 0,176 nm. Quando il ghiaccio fonde  e il reticolo cristallino viene distrutto, sia la rottura di una parte dei legami a idrogeno e le molecole assumono una struttura più compatta. In conseguenza di ciò, a 0° il ghiaccio è meno denso dell'acqua e vi galleggia sopra. Per questo fenomeno, apparentemente poco significativo, le rocce vengono disgregate quando l'acqua congela nei loro interstizi.

Uno strano comportamento dell'acqua è dovuto al fatto che tra 0-4°C la densità aumenta, mentre tra 4-100°C diminuisce. Evidentemente, nel primo intervallo di temperatura le molecole invece di allontanarsi tra loro, come succede a tutte le altre sostanze, si avvicinano.

Un'altra importante caratteristica dell'acqua allo stato liquido è l'elevata costante dielettrica, che è pari a 81,07 a 18°C. Il valore così alto è dovuto principalmente alla struttura polare delle molecole che in presenza di un campo elettrico si orientano tutte nella stessa direzione e all'esistenza dei legami a idrogeno che intensificano l'effetto dei dipoli orientati.

L'elevata costante dielettrica indica che due particelle cariche elettricamente, per esempio due ioni, immerse nell'acqua si attirano o si respingono con una forza che è circa 1/80 di quella che si manifesterebbe nell'aria.