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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