di Carlo Makhloufi Donelli
L’acqua sostiene tutte le forme di vita, inclusa la vita umana. I cinesi, per scrivere la parola ” mare”, usano un ideogramma che consiste di tre parti: acqua, uomo e madre. In altre parole, per loro il mare è la madre dell’umanità.
Nonostante che l’acqua sia ovunque intorno a noi, è una delle sostanze più misteriose di questo pianeta; gli scienziati continuano scoprire dei fatti straordinari che riguardano l’acqua.
Per esempio, molte sostanze sono più leggere nel loro stato gassoso, più pesanti allo stato liquido ed assolutamente più pesanti nella forma solida. Per contro, l’acqua è più leggera nella sua forma solida che in quella liquida, e questa è la ragione per la quale il ghiaccio galleggia nell’acqua. È interessante notare che se l’acqua non avesse questa misteriosa proprietà, laghi e fiumi congelerebbero dal fondo verso la superficie durante i freddi inverni glaciali, uccidendo tutti gli esseri viventi al loro interno. Questo ci permette di apprezzare l’attenzione del Creatore nel preservare la vita, poiché l’acqua non solo ci sostiene ma si preoccupa anche di proteggerci.
Più del 70% del nostro peso corporeo è acqua; ciò significa che una persona, che mediamente pesa 70 kg., contiene quasi 50 litri d’acqua. È molto importante avere la giusta comprensione di cosa sia l’acqua e quindi bere il giusto quantitativo di acqua del tipo adeguato.
L’acqua è un potente solvente che trasporta molti ingredienti invisibili: minerali, ossigeno, nutrienti, prodotti di scarto, contaminanti, ecc. L’acqua di mare è salata poiché, nel corso di milioni di anni, ha disciolto minerali e sali dalle montagne trasportandoli giù fino agli oceani. Dentro al corpo umano il sangue (che al 90% è acqua) circola ovunque nel corpo, distribuendo nutrienti ed ossigeno e raccogliendo rifiuti biologici ed anidride carbonica, che poi trasporta fino agli organi emuntori. Se l’acqua non fosse un potente solvente non potrebbe realizzare tali funzioni.
La molecola d’acqua è H2O, ovvero due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno legati insieme. La forma della molecola d’acqua ricorda molto la faccia di Topolino; la testa è l’ossigeno e le orecchie l’idrogeno. Poiché l’ossigeno è elettricamente negativo mentre l’idrogeno è positivo la molecola d’acqua è elettricamente polarizzata, e per tale ragione non può esistere una molecola d’acqua indipendente, essa deve necessariamente combinarsi con altre molecole d’acqua per formare una struttura a 5 o 6 facce chiamata “cluster acqueo”. A basse temperature tali strutture sono normalmente esagonali, ed è questa la ragione per la quale i fiocchi di neve hanno tale forma.
In acqua distillata ed a temperatura ambiente una molecola d’acqua ogni dieci milioni è ionizzata, ed in tale condizione è suddivisa in ioni idrogeno H+ e ioni idrossido OH-. L’acqua è “neutra” quando in essa il numero di ioni idrogeno è uguale al numero di ioni idrossido. Tale numero è 10-7 volte l’intero numero delle molecole d’acqua contenute al suo interno (chiamiamo tale numero N) e definiamo tale condizione dicendo che in tal caso l’acqua ha un pH 7.
L’acqua acida ha più ioni idrogeno che ioni idrossido. Per esempio, il numero di ioni idrogeno di un’acqua avente pH 4 è 10-4 volte N, e quello degli ioni idrossido è 10-10 volte N. La legge della natura dice che gli esponenti devono sommare a 14 (4+10). Il numero di ioni idrogeno in un’acqua alcalina avente pH 9 è 10-9 volte N, mentre quello degli ioni idrossido è 10-5 volte N. È interessante notare che 10-5 è 10.000 volte più grande di 10-9, e comunque anche in questo caso 5+9 fa 14. Poiché gli esponenti debbono sommare a 14, il pH 7 è considerato neutro. Dato che il valore del pOH è 14 meno il valore del pH, tale valore non viene misurato o menzionato, poiché è noto nel momento in cui si conosce il valore del pH, e questa è la ragione per la quale esistono i pH-metri ma non i pOH-metri.
Poiché l’acqua alcalina ha un maggior numero di molecole OH- che H+, c’è un maggior quantitativo di atomi di ossigeno nell’acqua alcalina che nell’acqua neutra, e questa è la ragione per la quale l’acqua alcalina viene talvolta definita acqua di ossigeno. Di contro l’acqua acida è un’acqua povera di ossigeno. È interessante notare, anche se matematicamente banale, che vi sono approssimativamente 1025 molecole di H2O in un bicchiere contenente circa 300 cc. di acqua. Se quell’acqua ha un pH 10 conterrà circa 1021 ioni idrossido OH- e 1015 ioni idrogeno H+. Il numero degli ioni idrogeno è un milionesimo di quello degli ioni idrossido, il che è trascurabile. È tale rilevante ammontare di ioni idrossido che neutralizza gli ioni idrogeno acidi nel nostro organismo, al fine di ridurre l’accumulo di rifiuti acidi nel nostro corpo permettendoci di rallentare il processo di invecchiamento.
L’acqua è ciò che di più strano v’è nell’Universo: da quando mi occupo di ricerca scientifica ho trovato più di 60 anomalie fisiche che questo straordinario elemento dimostra di possedere:
Le anomalie dell’acqua
Anomalie di fase
L’acqua ha un punto di fusione stranamente alto.
L’acqua ha un punto di bollitura stranamente alto.
L’acqua “ solida” si presenta in una varietà di cristalli stabili e metastabili e di strutture amorfe molto più vasta di qualunque altro elemento.
La conduttività termica del ghiaccio si riduce all’aumentare della pressione.
La struttura dell’acqua “ liquida” cambia a pressioni elevate.
L’acqua “super-raffreddata” presenta due fasi ed un secondo punto critico a circa -91°C.
L’acqua “liquida” si “super-raffredda” facilmente ma solidifica con difficoltà.
L’acqua “liquida” esiste anche a temperature estremamente basse e ghiaccia riscaldandola.8
L’acqua “liquida” può essere facilmente “super-riscaldata”.
L’acqua calda ghiaccia più velocemente dell’acqua fredda (effetto Mpemba).
L’acqua calda vibra più a lungo dell’acqua fredda.
Anomalie di densita’
La densità del ghiaccio aumenta con il calore (fino ai 70K)
L’acqua si restringe fondendosi.
La pressione riduce il punto di fusione del ghiaccio.
L’acqua “liquida” ha una densità elevata che aumenta con il calore (fino a 3.984°C.)
La superficie dell’acqua è più densa dell’interno.
La pressione riduce la temperatura alla quale l’acqua raggiunge la massima densità.
C’è un limite minimo alla densità dell’acqua superfredda (fino a -48°C.)
L’acqua ha un basso coefficiente di espansione termica.
L’espansione termica dell’acqua si riduce incrementando (ovvero assumendo valori negativi) a basse temperature.
L’espansione termica dell’acqua aumenta all’aumentare della pressione.
Nell’acqua il numero delle molecole limitrofe aumenta durante il processo di fusione. Per meglio comprendere, ogni molecola d’acqua in ghiaccio esagonale dispone di quattro molecole limitrofe. Durante il processo di fusione il collassamento parziale dei legami idrogeno permette ad altre molecole non legate di avvicinarsi aumentando di fatto tale numero. Tutti gli altri elementi nella medesima condizione fanno l’esatto contrario.
Nell’acqua il numero delle molecole limitrofe aumenta all’aumentare della temperatura.
L’acqua presenta una capacità di compressione stranamente bassa.
La sua comprimibilità scende all’aumentare delle temperature (fino a 46.5°C.)
L’acqua presenta un massimo nel rapporto comprimibilità-temperatura.
Nell’acqua la velocità del suono aumenta con l’aumentare della temperatura (fino a 74°C.)
In acqua la velocità del suono presenta comunque un limite minimo (in aperto oceano lo si riscontra a circa 1.000 m. di profondità)
L’acqua presenta una seconda anomalia rispetto alla propagazione del suono, chiamata “suono veloce”. In presenza di determinate alte frequenze l’acqua si comporta come un solido vetroso più che un elemento liquido ed il suono si propaga ad una velocità prossima al doppio del normale.
Il tempo di raggiungimento dell’equilibrio degli spins (NMR spin-lattice) è breve a basse temperature.
I valori di risonanza NMR aumentano raggiungendo il massimo in acqua “superfredda”.
L’indice di rifrazione in acqua presenta il suo valore massimo appena sotto 0°C.
La variazione di volume dell’acqua nel passaggio da forma liquida a gassosa è enorme.
Anomalie materiali
Nessuna soluzione acquosa è “ideale”, ovvero non influenzata dal soluto.
D2O e T2O differiscono significativamente da H2O nelle loro proprietà fisiche.
H2O e D2O in forma liquida differiscono significativamente nei loro comportamenti di fase.
L’energia cinetica degli atomi di idrogeno dell’acqua aumenta a basse temperature.
In acqua i soluti ne variano le proprietà quali densità e viscosità.
In acqua la solubilità dei gas non-polari decresce con il diminuire della temperatura fino al minimo, per poi ricominciare ad aumentare.
La costante dielettrica dell’acqua è alta.
La costante dielettrica dell’acqua presenta una temperatura massima.
In acqua la motilità dei protoni e degli ioni idrossido è anomalmente veloce in un campo elettrico.
La conduttività elettrica dell’acqua raggiunge il massimo a circa 230°C.
In acqua le costanti di acidità degli acidi deboli si presentano a temperature minime.
In acqua la diffrazione dei raggi X presenta una struttura estremamente dettagliata.
In presenza di alta pressione le molecole d’acqua si allontanano le une dalle altre all’aumentare della stessa.
Anomalie termodinamiche
La capacità di fusione dell’acqua raggiunge il suo massimo alla temperatura di -17°C.
L’acqua liquida ha una capacità di riscaldamento specifica pari a più del doppio di quella del ghiaccio o del vapore.
La capacità di riscaldamento specifica dell’acqua è stranamente alta.
La capacità di riscaldamento specifica dell’acqua è minima a 36° C.
La capacità di riscaldamento specifica dell’acqua è massima a -45° C.
L’acqua ha una elevata temperatura di vaporizzazione.
L’acqua ha una elevata temperatura di sublimazione.
L’acqua ha una elevata entropia di vaporizzazione.
La conduttività termica dell’acqua è alta e raggiunge il suo massimo a circa 130° C.
Anomalie fisiche
L’acqua ha una viscosità stranamente alta
La sua viscosità aumenta al decrescere della temperatura.
Ma si riduce con la pressione al di sotto dei 33°C.
La diffusione diminuisce al diminuire della temperatura, ma a basse temperature aumenta all’aumentare di densità e pressione.
La diffusività termica raggiunge il valore massimo ad una pressione di 0.8 GPa (Gigapascal = 8.000 bar = 7895 atm). L’acqua ha una tensione superficiale estremamente alta. E sono certo che altre aspettano di essere scoperte, così come sono certo che dopo aver letto questo articolo guarderete l’acqua con maggior rispetto, soprattutto considerando il fatto che siete fatti per la maggior parte di acqua.
Come abbiamo accennato prima, è un composto inorganico praticamente solubile in acqua. È insolubile in acidi ad eccezione dell’acido idroiodico ed è solubile in soluzioni concentrate come bromuri alcalini e cloruri alcalini. Tra le sue proprietà chimiche abbiamo gli acidi che sono concentrati fintanto che sono ad alte temperature e attaccano lentamente. Le soluzioni in cui è presente un eccesso di ione ioduro vengono sciolte, formando un complesso di iodio e argento. Una delle proprietà per le quali si distingue è che è sensibile alla luce. Se la luce è esposta a lungo, si scurisce lentamente e forma l’argento metallico.
Questo composto si ottiene in natura sotto forma di minerale iodargirite. Una volta in laboratorio, può essere preparato riscaldando la soluzione di nitrato d’argento con una soluzione di ioduro alcalino come lo ioduro di potassio. In questo modo, lo ioduro d’argento viene creato artificialmente.
