L'acqua è la sostanza più diffusa sulla Terra e accompagna ogni momento della nostra vita: la beviamo, la usiamo per lavarci, riempie i mari e forma le nuvole. Studiarla significa capire come la materia cambia stato e come una stessa sostanza possa apparire in forme così diverse.
La molecola d'acqua e le sue proprietà
L'acqua è una sostanza pura formata da minuscole molecole identiche, ciascuna composta da due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno, come ricorda la formula H₂O. Questa struttura, apparentemente semplice, conferisce all'acqua proprietà davvero particolari che la rendono unica fra tutte le sostanze conosciute sul nostro pianeta. L'acqua pura è inodore, insapore e trasparente, anche se in grandi quantità riflette il colore azzurro del cielo come accade in mare aperto. Una proprietà fondamentale è la sua capacità di sciogliere moltissime sostanze, motivo per cui viene chiamata il solvente universale della natura. Anche la sua densità è notevole: il ghiaccio galleggia sull'acqua liquida perché, solidificandosi, diventa meno denso, un comportamento raro che permette ai pesci di sopravvivere sotto i laghi ghiacciati. Infine, l'acqua bolle a 100 °C e si congela a 0 °C, due temperature di riferimento che useremo spesso negli esperimenti di laboratorio.
I tre stati e i passaggi di stato
L'acqua è la sostanza più facile da osservare nei suoi tre stati di aggregazione: solido come il ghiaccio, liquido come quello del rubinetto e aeriforme come il vapore acqueo invisibile presente nell'aria. Il passaggio da uno stato all'altro dipende sempre dalla temperatura e quindi dall'energia che le molecole ricevono o cedono all'ambiente circostante in cui si trovano. Riscaldando il ghiaccio le molecole si muovono più velocemente e i legami si allentano: si ha la fusione a 0 °C, mentre il processo inverso, da liquido a solido, si chiama solidificazione. Continuando a scaldare l'acqua liquida fino a 100 °C avviene l'ebollizione, ma anche a temperature più basse osserviamo l'evaporazione, come quando i panni stesi si asciugano al sole d'estate. Il passaggio opposto, dal vapore al liquido, è la condensazione e si nota benissimo sulle finestre fredde della cucina quando bolle una pentola di pasta. Esistono infine due passaggi diretti fra solido e aeriforme: la sublimazione, tipica della naftalina, e il brinamento, che forma la brina sui prati nelle mattine d'inverno.
Ricorda
- L'acqua ha formula H₂O ed è il solvente universale, con la curiosa proprietà che il ghiaccio galleggia perché meno denso del liquido.
- I passaggi di stato dipendono dalla temperatura: fusione e solidificazione avvengono a 0 °C, ebollizione a 100 °C, mentre evaporazione e condensazione possono avvenire anche a temperature inferiori.
- Esercizio attivo: sul tuo quaderno disegna uno schema con tre riquadri (solido, liquido, aeriforme) e collegali con sei frecce, scrivendo sopra ciascuna freccia il nome del passaggio di stato corrispondente e indicando se serve fornire o togliere calore.