Stati dell’acqua: gas, liquido e solido
La formazione di legami idrogeno è una qualità importante dell’acqua liquida che è cruciale per la vita così come la conosciamo. Poiché le molecole d’acqua creano legami idrogeno tra loro, l’acqua assume alcune caratteristiche chimiche uniche rispetto ad altri liquidi e poiché gli esseri viventi hanno un alto contenuto di acqua, la comprensione di queste caratteristiche chimiche è la chiave per comprendere la vita. Nell’acqua liquida, i legami idrogeno si formano e si rompono costantemente mentre le molecole d’acqua scivolano l’una sull’altra. La rottura di questi legami è causata dal movimento (energia cinetica) delle molecole d’acqua dovuto al calore contenuto nel sistema. Quando il calore viene aumentato mentre l’acqua viene bollita, l’energia cinetica più elevata delle molecole d’acqua fa sì che i legami idrogeno si rompano completamente e consente alle molecole d’acqua di fuoriuscire nell’aria come gas (vapore o vapore acqueo). D’altra parte, quando la temperatura dell’acqua si riduce e l’acqua si congela, le molecole d’acqua formano una struttura cristallina mantenuta dal legame idrogeno (non c’è abbastanza energia per rompere i legami idrogeno). Questo rende il ghiaccio meno denso dell’acqua liquida, un fenomeno che non si vede nella solidificazione di altri liquidi.
Fasi della materia: guarda cosa succede ai legami intermolecolari durante i cambiamenti di fase in questo interattivo.
La minore densità dell’acqua nella sua forma solida è dovuta al modo in cui i legami idrogeno sono orientati mentre si congela: le molecole d’acqua vengono allontanate più lontano rispetto all’acqua liquida. Con la maggior parte degli altri liquidi, la solidificazione quando la temperatura scende include l’abbassamento dell’energia cinetica tra le molecole, consentendo loro di impacchettarsi ancora più strettamente rispetto alla forma liquida e conferendo al solido una densità maggiore rispetto al liquido.
Il basso la densità del ghiaccio, un’anomalia, lo fa galleggiare sulla superficie dell’acqua liquida, come un iceberg o i cubetti di ghiaccio in un bicchiere d’acqua. In laghi e stagni, il ghiaccio si forma sulla superficie dell’acqua creando una barriera isolante che protegge gli animali e la vita vegetale nello stagno dal congelamento. Senza questo strato di ghiaccio isolante, le piante e gli animali che vivono nello stagno si congelerebbero nel solido blocco di ghiaccio e non potrebbero sopravvivere. L’effetto dannoso del congelamento sugli organismi viventi è causato dall’espansione del ghiaccio rispetto all’acqua liquida. I cristalli di ghiaccio che si formano al gelo rompono le delicate membrane essenziali per il funzionamento delle cellule viventi, danneggiandole irreversibilmente. Le cellule possono sopravvivere al congelamento solo se l’acqua al loro interno viene temporaneamente sostituita da un altro liquido come il glicerolo.
