L'acqua come moderatore di temperatura.
Mauro Goretti - Programmatore - |
L'acqua come moderatore di temperatura.
La
sopravvivenza degli organismi viventi è limitata a
un
ristretto intervallo di temperature. Innanzitutto,le
funzioni
vitali degli organismi dipendono da enzimi
proteici
che controllano le reazioni chimiche necessarie
alla
vita. A temperature elevate,ben al di sotto del
punto
di ebollizione dell'acqua,l'attività enzimatica
viene
completamente perduta. È anche importante
che
l'acqua all'interno delle cellule rimanga allo
stato
liquido perché le molecole più piccole (zuccheri,
sali,amminoacidi)
vengono a contatto con gli enzimi
su
di esse attivi diffondendosi attraverso l'acqua.
In
caso di congelamento,il laboratorio cellulare
smetterebbe
di funzionare e,inoltre,gli acuminati
cristalli
di ghiaccio potrebbero rompere le
membrane.
Sono tre le proprietà che contribuiscono
a
mantenere a livelli utili la temperatura all'interno
delle
cellule. La prima è l'elevato
calore specifico ,
ossia
l'energia necessaria per aumentare di un
grado
centigrado la temperatura di un grammo
di
una data sostanza .
La
temperatura regola la velocità delle molecole:
più
essa è elevata,maggiore è la velocità media.
In
generale,se in un sistema viene immessa
dell'energia
termica,le molecole di quel sistema
cominciano
a muoversi più velocemente,
determinando
un aumento della temperatura.
Le
singole molecole d'acqua sono però unite
l'una
all'altra per mezzo di deboli legami idrogeno.
Quando
in un sistema ricco d'acqua come un
lago
o una cellula è sottoposto a riscaldamento,
gran
parte dell'energia termica è consumata
per
spezzare i legami idrogeno anziché
accelerare
le singole molecole. L'energia di
una
caloria farà aumentare di 1°C la
temperatura
di 1 g d'acqua,mentre sono
necessarie
soltanto 0,6 calorie/g per
riscaldare
di 1°C l'alcol,0,2 calorie
per
il sale da cucina e 0,02 calorie per
rocce
come il granito o il marmo.
Così
si può fare un bagno di sole in
una
calda giornata estiva senza rischiare
di
arrostire. L'acqua agisce da moderatore
per
le alte temperature grazie al suo notevole
calore
latente di vaporizzazione ,la
quantità
di
energia richiesta per trasformare il liquido
in
vapore a temperatura costante.
L'acqua
possiede uno dei più elevati calori
latenti
di vaporizzazione conosciuti,539 cal .
Ancora
una volta la spiegazione è la presenza
di
legami idrogeno che interconnettono in
una
fitta rete le molecole d'acqua. Per poter
passare
allo stato aeriforme,una molecola d'acqua
deve
muoversi con velocità sufficiente a rompere
tutti
i legami idrogeno che la collegano alle altre
molecole
d'acqua nella soluzione. Soltanto le
molecole
dotate di movimento più rapido,
e
quindi di maggiore contenuto energetico,
riescono
a spezzare i legami idrogeno e a
sfuggire
dalla massa liquida nell'atmosfera
soprastante
sotto forma di vapore acqueo.
La
massa liquida residua si raffredda a causa
della
perdita di queste molecole ad alta energia
(e
quindi a temperatura più elevata).
Se
l'esposizione al sole fa aumentare la
temperatura
del nostro corpo,la traspirazione
lo
riveste di una pellicola d'acqua. Dell'energia
termica
passa dalla pelle all'acqua.
L'evaporazione
di un solo grammo di acqua
raffredda
di 1°C 539 grammi di massa corporea,
per
cui si può avere una forte dissipazione
di
calore senza che venga sprecata una grossa
quantità
di acqua. Infine l'acqua ha un effetto
moderatore
anche sulle basse temperature grazie
al
suo elevato calore latente di fusione ,l'energia
che
deve essere sottratta alle molecole di un
liquido
prima che queste assumano la configurazione
di
un cristallo. Prima che una massa piuttosto grande
di
acqua si trasformi in ghiaccio deve essere esposta
a
bassissime temperature per lungo tempo:in questo
modo
gli organismi acquatici sono protetti dagli
effetti
del congelamento.
L'ACQUA
COME SOLIDO.
L'acqua
solidifica se rimane esposta a lungo a
temperature
inferiori al suo punto di congelamento.
Ma
anche in questo le singolari proprietà dell'acqua
si
rivelano vantaggiose per gli esseri viventi:il
ghiaccio
galleggia .
Quasi
tutti i liquidi diventano più densi quando
solidificano,e
il solido affonda nel liquido.
Il
ghiaccio,invece,ha una densità minore dell'acqua
per
cui,quando in inverno uno stagno o un lago
cominciano
a congelare,il ghiaccio rimane in
superficie,formando
uno strato isolante che ritarda
il
congelamento dell'acqua sottostante.
Se
il ghiaccio sprofondasse,stagni e laghi
solidificherebbero
durante l'inverno,uccidendo
i
pesci e la maggior parte delle altre forme di vita
animali.
L'acqua si comporta come se fosse un
solido
anche allo stato liquido. Sono i legami
idrogeno
che aggregano le molecole d'acqua grazie
al
fenomeno della coesione . La forte coesione tra
le
molecole d'acqua spiega perché quest'ultima
presenta
un elevato valore della tensione superficiale ,
quella
proprietà dei liquidi che si manifesta alla loro
superficie
e fa sì che essi si comportino come se
fossero
racchiusi in una membrana elastica (ciò
è
dovuto al fatto che le molecole dello strato
superficiale
sono attratte verso l'interno del liquido,
più
o meno fortemente a seconda del grado di
coesione
delle molecole di quest'ultimo).
E'
per questo motivo che sulla superficie di
uno
stagno possiamo osservare galleggiare
corpi
relativamente densi come foglie o insetti.
La
coesione ha un ruolo primario nella vita
delle
piante terrestri. Le piante assorbono acqua
per
mezzo delle radici. Come riesca l'acqua a
raggiungere
le parti epigee,sopratutto se la
pianta
è una sequoia di 100 metri d'altezza?
L'acqua
è “tirata su” dalle foglie. Foglie,
tronco
e radici sono percorsi da un fitto
intrico
di canali pieni d'acqua. L'evaporazione
dalle
foglie richiama acqua verso l'alto,
un
po' come una fune che venga tirata su
per
i tubi. Il sistema funziona perché i legami
idrogeno
che legano tra loro le molecole d'acqua
sono
più forti del peso dell'acqua nei tubi (anche
un
centinaio di metri),per cui la “fune” d'acqua
non
si spezza. Senza la coesione dell'acqua,
non
vi sarebbero piante terrestri,né animali
terrestri,noi
inclusi.
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