Svelati alcuni misteri dell' acqua

Benchè sia composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, l' acqua è un elemento che non manca mai di stupire. Siamo tutti abituati a considerarla un elemento comune e privo di qualsiasi mistero, ma l'acqua è ciò che ha plasmato la vita, ha eroso rocce e creato oceani, e consente all'atmosfera di essere un ambiente ideale per il sostentamento della vita sul nostro pianeta. Nella sua semplicità apparente, l'acqua è quanto di più prezioso abbiamo sul nostro pianeta, e la primaria necessità di ogni essere vivente.

In realtà, l'acqua è molto più che un semplice liquido, per quanto possa apparire tale: ha ben 66 proprietà che vengono considerate come anomalie. Tra quelle che tengono in scacco gli scienziati ci sono:

- Densità variabile. Contrariamente a tutti gli altri liquidi, che diventano più densi man mano che la temperatura si abbassa, l'acqua raggiunge la sua massima densità a 4°C. In particolare, la densità dell'acqua diminuisce che si vada sopra o sotto la soglia dei 4°C, differentemente a molti altri materiali per i quali le temperature rigide portano ad un aumento di densità, mentre il calore la diminuisce.
- L'acqua è in grado di immagazzinare una grande quantità di calore, cosa che rende stabili le temperature degli oceani, o che consente ai radiatori di scambiare efficacemente il calore accumulato da un motore.
- E' dotata di una tensione superficiale molto alta, rendendo più facile il trasporto dell' acqua negli alberi anche a grandi altezze.
- Allo stato ghiacciato, può assumere diversi livelli di solidità, come il ghiaccio vetroso o il ghiaccio amorfo. Allo stato liquido il discorso non cambia, potendo trovare acqua "standard", pesante, superpesante, superfredda, leggera.

"Capire queste anomalie è molto importante, perchè l'acqua è la base fondamentale della nostra esistenza: niente acqua, niente vita" afferma Anders Nilsson, uno dei partecipanti alla sperimentazione sull' acqua condotta dal Dipartimento dell' Energia americano in collaborazione con diverse università svedesi e giapponesi. "Il nostro lavoro aiuta a spiegare queste anomalie a livello molecolare a temperature che sono rilevanti per la vita"

Come si dispongano le molecole nell' acqua in tutte i suoi stati naturali(liquida, solida, gassosa), è cosa nota da tempo, ma ugualmente molto dibattuta, perchè al variare della temperatura può variare la struttura cristallina. Quello che però Nilsson e i suoi colleghi vogliono svelare sono i meccanismi che stanno dietro alle straordinarie proprietà dell'acqua.

Per prima cosa, sottoponendo un campione di acqua liquida ai raggi-X, è stato scoperto che, a temperatura ambiente, le molecole assumono due strutture: una molto disordinata, ed un'altra molto ordinata, tetraedrica.
In particolare, la struttura ordinata esiste in gruppi di circa 100 molecole, attorno ai quali sono presenti molecole disposte in maniera disordinata. Il liquido è quindi una formazione mista, composta da entrambe le strutture.

Aumentando la temperatura, i gruppi ordinati diventano sempre più rari, e aumenta il disordine nelle regioni popolate da molecole che non appartengono a nessuna struttura.
Questa scoperta, per quanto possa sembrare priva di molta importanza se non puramente accademica, consente di spiegare stati dell'acqua molto raffinati, come l'acqua "superfredda", una condizione in cui l'acqua, nonostante sia sottoposta a temperatura inferiore agli 0°C, non congela ma rimane liquida Questi stati fuori dall'ordinario sono il futuro della tecnologia ambientale, spaziale, ospedaliera, farmacologica, e via dicendo, perchè aprono panorami finora nemmeno immaginati in diversi campi di ricerca. E spiega anche alcune proprietà misteriose dell' acqua.

La densità dell' acqua a 4°C può essere spiegata con una presenza maggiore di strutture disordinate, che hanno una densità maggiore rispetto a quelle ordinate (che sono meno dense perchè sono disposte secondo una struttura che lascia molti "spazi vuoti" tra le molecole). Aumentando la temperature, il disordine aumenta, diminuendo la densità dell' acqua; se la temperatura diminuisce oltre i 4°C, le strutture ordinate, meno dense delle aree disordinate, aumentano di numero, diminuendo ugualmente la densità.

Per quanto riguarda la capacità di immagazzinare calore, dipende anch'essa dal disordine delle molecole: più aumenta la temperatura, più aumenta la percentuale di molecole nelle regioni disordinate, aumentando anche la capacità di assorbire il calore.

Infine, la tensione superficiale viene spiegata grazie ai forti legami che l'acqua è in grado di sviluppare con l'idrogeno.

"Se non comprendiamo la materia primaria della vita, come possiamo studiare altre sostanze complesse - come le proteine - che sono immerse nell'acqua?" dice Congcong Huang, ricercatore che ha condotto l'esperimento ai raggi-X. "Dobbiamo capire la parte semplice prima di passare a quella complessa"

Questa ricerca sull' acqua si ricollega indirettamente ad altre straordinarie proprietà del prezioso liquido, non ancora spiegate secondo parametri scientifici, ma che ugualmente suscitano numerosi interrogativi e che forse andrebbero indagati più a fondo.

Pubblicato il: sabato, agosto 15, 2009

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