01 gennaio 2013


Chimica - L'acqua è polare, il ghiaccio galleggia
 
Ciascuna molecola d'acqua è molto semplice poiché composta da un atomo di ossigeno (pallina rossa) che si unisce a due atomi di idrogeno (pallina bianca). L'acqua tuttavia, sostanza molto comune sulla crosta terrestre, è una molecola polare, è cioè sensibile alle cariche elettriche: se per esempio strofino energicamente con un panno la stecca di una penna in plastica (la carico cioè di elettricità statica) e la avvicino ad un filo d'acqua che cade dal rubinetto, quest'ultimo verrà leggermente deviato. Se ripeto lo stesso esperimento con un filo d'olio esso non verrà deviato, perché l'olio è invece una sostanza non polare.
Come noto le sostanze chimiche sono in sé neutre (perché il numero di protoni ed elettroni è uguale sia negli atomi che nelle molecole) e l'acqua non fa eccezione: l'ossigeno e l'idrogeno che la compongono tuttavia sono molto diversi in una proprietà degli elementi che si chiama elettronegatività: non approfondiamo ma è l'attitudine a tenere vicini gli elettroni (le particelle che girano attorno al nucleo atomico). Questo comporta che l'ossigeno (molto elettronegativo) tenda ad attrarre verso di sé la nuvola degli elettroni, l'idrogeno  invece tenda ad allontanarla.
Nel complesso la molecola resta elettricamente neutra, ma è asimmetrica perché la carica negativa è spostata leggermente verso l'ossigeno, mentre le due palline bianche (idrogeno) saranno leggermente positive. Questo fenomeno è dunque responsabile della polarità dell'acqua, ma lo è anche del galleggiamento del ghiaccio.
 
Uno degli effetti primari della temperatura è infatti la variazione del "caos molecolare": le particelle che compongono la materia sono più agitate se la temperatura è alta, mentre in generale lo sono meno a bassa temperatura. Anche nel ghiaccio le molecole d'acqua vibrano, ma molto meno che nell'acqua liquida e molto molto meno che nel vapore d'acqua.


Quando l'acqua prende forma solida  diventando ghiaccio, i deboli legami elettrostatici di attrazione tra l'ossigeno di una molecola (leggermente negativo) e l'idrogeno delle altre (leggermente positivo) prendono il sopravvento sul caos molecolare, creando un ordine che può essere ad esempio spiegato con lo schema ad esagoni in figura . Nel ghiaccio quindi, che ha una struttura ordinata, lo stesso numero di molecole d'acqua occupa uno spazio maggiore, quindi il peso specifico dell'acqua solida è minore di quello dell'acqua liquida, provocando il galleggiamento. Il modello che prevende l'espansione durante la formazione del ghiaccio è inoltre facilmente verificabile: fin da bambini sappiamo che congelare acqua in una bottiglia di vetro non è prudente.
Autore: A. di Biase
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Fonte dei contenuti: conoscenza personale.
Fonti iconografiche: www.uwgb.edu www.biology.arizona.edu

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