Libretto 1a

L'ACQUA E I SUOI SEGRETI appunt, riflessioni ed esperienze sull'acqua ideate ed elaborate dalla classe 1^A

I.C.F. Morosini A.S. 2015-2016

LA MOLECOLA D’ACQUA L’ acqua è la sostanza più diffusa nel nostro pianeta.

Assieme al cloruro di sodio (NaCl),l’anidride carbonica (CO 2) o l’ammoniaca (NH3).

L’acqua è una sostanza composta da atomi diversi, infatti la sua formula chimica è H2O : è composta da un atomo di ossigeno (O) e due di idrogeno (H).

LA POLARITA’ La polarità è una proprietà delle molecole per cui una molecola presenta una carica parziale positiva su una parte di molecola e negativa sulla parte opposta.

Le molecole che non presentano il fenomeno della polarità sono dette apolari.

Un esempio di molecola polare è appunto l’acqua in cui è presente una carica parziale negativa in prossimità dell’atomo di ossigeno e una carica positiva presente nei due atomi di idrogeno; questa caratteristica spiega il forte legame che unisce le molecole d’acqua e la tendenza che ha l’acqua a sciogliere molte sostanze.

SOLUBILITÀ IN ACQUA

Sappiamo che in una soluzione ( ad esempio acqua e sale ) il solvente è la sostanza presente in maggior quantità (ad esempio l acqua) ed il soluto è quello presente in minor quantità (sale) .

L ‘acqua e un buon solvente per moltissime sostanze, siano esse allo stato liquido, solido o gassoso .

Nell’ esperienza eseguita a scuola abbiamo saggiato la solubilità in acqua di solfato di rame ed olio.

L' acqua unita al solfato di rame ( miscuglio omogeneo) forma una soluzione .

Quando il soluto non può più essere sciolto dal solvente si dice che la soluzione è satura.

Se invece l acqua è unita all’ olio, diventa un miscuglio eterogeneo cioè si può vedere benissimo la differenza tra olio ed acqua perché non sono tra loro miscibili .

La solubilità del soluto aumenta al aumentare della temperatura.

L' acqua calda permette a volte di sciogliere più facilmente alcune sostanze .

L'ACQUA E' UN SOLUTO

L’acqua si comporta come un soluto quando in una soluzione è la sostanza presente in minor quantità. Ad esempio essa è un soluto nella miscela che comprende l’aria. La quantità di acqua dissolta nell’aria viene detta UMIDITA’.

Essa è la quantità di vapore acqueo presente nell’aria in un certo istante.

L’aria non può contenere una quantità illimitata di vapore acqueo; tale quantità dipende dalla temperatura e, a parità del volume, l’aria calda ha più vapore dell’aria fredda.

Quando l’aria umida si raffredda, il suo contenuto si riduce perché si trasforma in stato liquido, cioè si condensa in minute goccioline rendendosi così visibile sottoforma di nebbia.

La misura dell'umidità è possibile attraverso l'IGROMETRO, uno strumento che sfrutta l’allungamento di un capello umano al variare dell’umidità.

PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI

Il principio dei vasi comunicanti è quel principio fisico secondo il quale un liquido contenuto in più contenitori comunicanti tra loro raggiunge sempre lo stesso livello, indipendentemente dalla loro forma.

Il liquido infatti non ha una forma propria ma assume la forma del recipiente che la contiene. Per questo motivo se si versa un liquido in vasi tra loro in comunicazione anche se di forma diversa, esso si dispone allo stesso livello in ognuno dei contenitori stessi in modo che la pressione destra e quella sinistra sul canale di comunicazione sia la stessa.

Più tubi di forma e di diametro diversi,collegati tra loro costituiscono un sistema di vasi comunicanti.

Si osserva facilmente che un liquido (ad esempio acqua colorata) versato in uno dei vasi comunicanti si distribuisce negli altri vasi raggiungendo in tutti lo stesso livello.

Il principio dei vasi comunicanti spiega diversi fenomeni e viene sfruttato dall’uomo per diverse applicazioni pratiche,tra cui la torre piezometrica.

LA TORRE PIEZOMETRICA

E' possibile condurre l’acqua potabile negli edifici sfruttando il principio dei vasi comunicanti .

Il serbatoio generale dell’acqua nelle città e nei paesi è situato posizione elevata e collegato,mediante i tubi della rete di distribuzione,con tutti i punti di utilizzo .In questo modo l’acqua scende dal serbatoio e si innalza spontaneamente fino ai piani alti delle case , almeno fino ad una altezza uguale a quella del serbatoio.

L’acqua dell’acquedotto viene raccolta in una cisterna chiamata”torre piezometrica “. Da qui viene portata ai vari piani degli edifici attraverso un sistema di condutture .

L’acqua tenderà a salire spontaneamente,fino ai piani situati alla stessa altezza della cisterna.

LA CAPILLARITÀ E L’ ACQUA

Il principio dei vasi comunicanti afferma che in una serie di vasi comunicanti un liquido arriva allo stesso livello indipendentemente dalla forma dei vasi. Quando però il diametro del vaso è inferiore a mezzo millimetro avviene un fenomeno detto capillarità. Questo fenomeno afferma che, grazie alla alta adesione dell’ acqua alle pareti del recipiente, essa sale maggiormente nel vaso più sottile ,non rispettando il principio dei vasi comunicanti: più il vaso si stringe più l’acqua sale. La capillarità è particolarmente importante per le piante. Le radici, il fusto e le foglie sono percorse da sottilissimi capillari che portano l’acqua fino all’apice delle foglie più lontane dal terreno.

L’ACQUA E I CAMBIAMENTI DI STATO

Un cambiamento di stato è ogni passaggio della materia da uno stato di aggregazione all’altro. Esaminiamo tali cambiamenti nell’acqua.

DA LIQUIDO A SOLIDO: LA SOLIDIFICAZIONE

La solidificazione è il passaggio da liquido a solido. Infatti se si mette dell’acqua a raffreddare a 0°C dopo un po’ essa si ghiaccia (solidifica).

DA SOLIDO A LIQUIDO: LA FUSIONE

La fusione è il passaggio di stato da solido a liquido. Infatti se si mette del ghiaccio a scaldare diventa liquido (acqua).

DA LIQUIDO A VAPORE: L’ EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE

L’evaporazione è il passaggio di stato da liquido a vapore (avviene lentamente). Se mettiamo dell’acqua in un luogo caldo e asciutto essa inizierà a evaporare. L’ebollizione è il passaggio di stato da liquido a vapore (avviene velocemente). Se mettiamo a scaldare dell’acqua, a 100°C l’acqua inizia a bollire.

DA VAPORE A LIQUIDO: LA CONDENSAZIONE

La condensazione è il passaggio da vapore a liquido. Avvicinando qualcosa di freddo come un coperchio ad una pentola con dell’acqua che bolle il vapore si condenserà sul coperchio creando goccioline d’acqua (condensa).

DA SOLIDO A VAPORE: LA SUBLIMAZIONE

La sublimazione è il passaggio di stato da solido a aeriforme. Il ghiaccio può sublimare durante una bella giornata d’inverno trasformandosi in vapore.

DA VAPORE A SOLIDO: IL BRINAMENTO

Il brinamento è il passaggio di stato da vapore a solido. Se del vapore viene a contatto con superfici molto fredde esso si trasforma in brina.

IL CICLO DELL’ACQUA

Il ciclo dell’acqua è la successione dei fenomeni di flusso e circolazione dell’acqua all’ interno dell’ idrosfera terrestre attraverso i cambiamenti del suo stato fisico (solida, liquida e gassosa). Non c’è un inizio o una fine nel ciclo dell’ acqua.

In esso l’ acqua terrestre è sottoposta ai seguenti processi fisici: L’EVAPORAZIONE: è il trasferimento dell’acqua da corpi idrici superficiali nell’atmosfera. Questo trasferimento implica un passaggio di stato dalla fase liquida alla fase gassosa.

La CONDENSAZIONE: il vapore acqueo atmosferico raggiunge una certa altezza dove forma dei nuclei di condensazione formati da piccolissime particelle che a loro volta formano le nubi.

La PRECIPITAZIONE: è costituita da vapore acqueo che si è prima condensato sotto forma di pioggia, ma anche di neve, grandine, rugiada, brina o nebbia.

L’INFILTRAZIONE: è la transizione dell’acqua dalla superficie alle acque sotterranee. Le acque sotterranee tengono a muoversi lentamente, così l’acqua può ritornare alla superficie dopo l’accumulo in una falda acquifera.

Lo SCORRIMENTO: include tutti i modi in cui l’acqua si muove in pendenza verso il mare.

Una molecola d’acqua ci mette almeno 2000 anni per fare tutto il percorso!

LE PRECIPITAZIONI

COME SI FORMA LA PIOGGIA ?

Una nube è formata da miliardi di goccioline d’acqua,ciascuna delle quali è a sua volta formata da circa 550 milioni di molecole d’ acqua. Queste goccioline sono il risultato dell’evaporazione dell’acqua da oceani, mari, corsi d’acqua dolce, vegetazione e suolo . Il vapore acqueo viene quindi portato verso l’alto da correnti ascendenti; salendo, l’aria si raffredda e raggiunge la saturazione. Tuttavia questo non è sufficiente per provocare la condensazione del vapore, dato che la goccia d’acqua formatasi tende a sua volta ad evaporare.

Le precipitazioni e quindi la pioggia possono avvenire però quando la forza peso risulterà maggiore della resistenza offerta dal moto ascendente che ha portato alla formazione della nube stessa e che tende a mantenere le goccioline in sospensione.

COME SI FORMA LA NEVE? La neve si forma nell’ alta atmosfera, quando il vapore acqueo a temperatura inferiore a 0° C, brina attorno ai cosiddetti germi cristallini, passando dallo stato gassoso a quello solido. Si formano così cristalli di ghiaccio che cominciano a cadere verso il suolo quando il loro peso supera la spinta contraria di galleggiamento nell’aria e raggiungono il terreno senza fondersi.

Questo accade quando la temperatura al suolo è in genere minore di 2° C e negli strati intermedi non esistono temperature superiori a 0° C dove la neve possa fondere e diventare acqua.

COME SI FORMA LA GRANDINE? La grandine si forma se le correnti ascensionali in un cumulonembo sono abbastanza forti; in questo caso accade che un primo nucleo di ghiaccio viene trasportato in su e in giù nella nube, dove si fonde con altri piccoli aggregati di ghiaccio e gocce d’ acqua per poi ricongelarsi nuovamente e diventare sempre più grande. Quando le correnti non riescono più a sollevare e trattenere i pezzi di ghiaccio perché divenuti troppo pesanti questi cadono terra causando spesso notevoli danni sia nelle campagne ( coltivazione, frutteti ecc.) che nei centri urbani.

PERCHÉ IL GHIACCIO GALLEGGIA? In genere una sostanza allo stato solido è più densa che allo stato liquido ma l’ acqua fa eccezione: Il ghiaccio è meno denso dell’ acqua a causa dello stabilirsi di legami in cui lo spazio tra molecola e molecola è maggiore di quello allo stato liquido.

Questa caratteristica porta ad un importante conseguenza: nelle zone polari, dove le temperature raggiungono livelli molto bassi,sotto la coltre di ghiaccio degli icebergs la temperatura dell’acqua resta sempre sopra gli zero gradi centigradi. Ciò è fondamentale per la sopravvivenza di tutti gli organismi marini durante la stagione fredda.

L'ACQUA E LA TEMPERATURA

Acqua e temperatura, cosa le lega? La costruzione dei primi termometri e la conseguente scelta dell'unità di misura si rifanno a due particolari temperature: la temperatura di fusione del ghiaccio (0 °C) e quella di ebollizione dell' acqua (100 °C). Nella scala Celsius infatti l'intervallo tra queste due temperature è stato diviso in 100 parti uguali, ognuna delle quali è il GRADO CENTIGRADO. Altre scale termometriche sono la scala Kelvin e la scala Fahrenheit

La scala Kelvin viene dal nome William Thomson Lord Kelvin e si indica con la lettera K; In questa scala lo zero corrisponde alla temperatura minima possibile, al di sotto della quale non si avrebbe più movimento molecolare (zero assoluto). La scala Kelvin ha due punti di riferimento: 273,15 °K e 373,15 °K. Questi numeri rappresentano le temperature dove il ghiaccio fonde l'acqua bolle. In questa scala non ci sono valori negativi.

La scala Fahrenheit prende il nome dal fisico Daniel Gabriel Fahrenheit; essa si descrive con la lettera °F. Questa scala ha anch'essa due punti di riferimento ovvero: 32 °F dove il ghiaccio fonde e 212 °F dove l'acqua bolle; tale intervallo di temperatura risulta così diviso in 180 parti uguali dando a questa scala la caratteristica di essere più precisa ed accurata.

L’ACQUA E IL CALORE SPECIFICO Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore che deve essere assorbita o ceduta da 1g di quella sostanza perché la sua temperatura aumenti di 1°C. Per innalzare di 1°C la temperatura di 1g di acqua occorre una quantità di calore circa 10 volte maggiore di quella necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di 1g di ferro.

Per questo fatto le grandi masse d’acqua hanno un’azione mitigatrice sul clima delle regioni costiere.

L’acqua è il liquido dotato del maggiore calore specifico, cioè della capacità di accumulare una maggiore quantità di energia termica per un determinato incremento di temperatura.

La lentezza nel riscaldamento e nel raffreddamento, insieme ad altri fattori, influenza le variazioni termiche annue,giornaliere e addirittura orarie delle zone costiere,le quali differiscono profondamente dalle corrispondenti variazioni termiche delle terre adiacenti.

Dall’elevato calore specifico dell’acqua deriva l’azione mitigatrice dei climi delle località costiere o lacustri e parte della stabilità termica degli organismi viventi.

LABORATORIO “BEVI CON STILE"

Lo ZAINO ECOLOGICO DEL VIAGGIO DELL’ ACQUA DALLA SORGENTE AL BICCHIERE Quando compriamo una bottiglietta d’acqua o una lattina di aranciata, pensiamo di prendere solo qualcosa da bere, ma, come ogni cosa che usiamo,anche la nostra bevanda e il suo contenitore devono essere prodotti,trasportati fino a noi e poi buttati da qualche parte.

Per fare tutto questo sono necessarie diverse materie prime“prelevate dalla terra” e molta energia prodotta bruciando risorse naturali.

Ogni cosa ha quindi un “peso” per l’ambiente, a seconda -del materiale con cui è fatta, -di quanta energia serve per costruirla; -del tempo impiegato dai rifiuti per essere “assorbiti” dalla terra.

Tanto più una cosa produce rifiuti,consuma energia e crea inquinamento tanto più pesa sull’ambiente. Possiamo immaginare che sulle“spalle” di tutto quello che usiamo ci sia uno “zaino ecologico”. Ogni cosa porta con sé questo zaino, invisibile per noi, ma molto ingombrante per l’ambiente.

COSA C’È DENTRO ALLO ZAINO ECOLOGICO? In esso troviamo il materiale utilizzato per produrre l’oggetto, ma anche l’energia impiegata per la lavorazione, quella necessaria per il trasporto ecc... e, se pensiamo di dover “accompagnare” il nostro oggetto fino alla sua distruzione nello zaino, troveremo anche i rifiuti che si sono prodotti durante la sua fabbricazione ed i rifiuti che l’oggetto stesso produce. Pensiamo per esempio a due borsette: una di tela e una di plastica. Prendendole in mano ci sembrano entrambe molto leggere, ma che peso hanno per l’ambiente? Dipende da quante risorse (=materiale)sono state utilizzate per produrle, ma anche da quanto tempo impiegheranno per essere “assorbite” dalla terra una volta buttate via. Se mettessimo le due borsette fuori in giardino cosa sarebbe? Dopo qualche mese la borsetta di tela sarà consumata e avrà iniziato a sparire nella terra. La borsetta di plastica invece resterà per anni,anni e anni...

Ritornando al nostro discorso sull’acqua abbiamo potuto constatare la sostanziosa differenza di peso del nostro zaino tra un litro d’acqua preso dalla bottiglia e lo stesso litro preso dal rubinetto di casa nostra quindi...

LARGO ALL’ACQUA DEL RUBINETTO!!! (ugualmente controllata, potabile ed ecologica)