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ⓘ Acqua. L acqua è un composto chimico di formula molecolare H 2 O, in cui i due atomi di idrogeno sono legati allatomo di ossigeno con legame covalente polare. I ..




                                               

Mare

Il mare è una vasta distesa di acqua salata, idrograficamente connessa con un oceano, che lambisce le coste di isole e terre continentali. Lo stesso termine certe volte è usato per indicare laghi, normalmente salati o molto voluminosi, che non hanno sbocchi sulloceano come ad esempio il Mar Caspio, il Mar Morto ed il Mar di Galilea. Il termine mare è usato anche come sinonimo di oceano quando esprime un concetto generico, per esempio quando si parla dei mari tropicali o dellacqua marina riferendosi, invece, a quella oceanica in generale.

                                               

Spiaggia

Una spiaggia, in senso geomorfologico, è unarea costiera sabbiosa prospiciente un bacino marino o lacustre, caratterizzata da una inclinazione verso il bacino stesso e compresa tra il limite inferiore e il limite superiore di azione delle onde. In senso sedimentologico, una spiaggia è un corpo sedimentario accumulato o rielaborato dalle onde. La formazione di una spiaggia è dovuta alla combinazione di fenomeni di erosione e sedimentazione, determinati dalle onde, dalle maree e dalle correnti marine o lacustri costiere; il sedimento inconsolidato redistribuito da tutti questi agenti deriva ...

                                               

Lago

Un lago è una grande massa per lo più dacqua dolce raccolta nelle cavità terrestri: laghi di grandi dimensioni sono alle volte chiamati "mari interni", mentre, talvolta, i piccoli mari sono chiamati laghi. Raggiungono il loro equilibrio idrico attraverso lalimentazione da parte di fiumi detti immissari, sorgenti, ghiacciai e precipitazioni, influendo questi sulla salinità e acidità dellacqua, e il deflusso tramite fiumi detti emissari e levaporazione. Rappresentano una riserva di acqua dolce utilizzata dalluomo per lirrigazione dei campi, come fonte di acqua potabile e in alcuni casi anche ...

                                               

Stagno (idrografia)

La formazione di uno stagno necessita in generale di unalimentazione corsi dacqua o canali immissari e di un fondale abbastanza impermeabile. Differisce dalla palude per la modalità di formazione non deriva dallinondazione fluviale o marina di aree pianeggianti e per la minor presenza di limo. Può essere naturale o artificiale in tal caso è chiuso da una diga e può costituire un tipico ambiente di vita per piccoli animali e piante acquatiche, come la canna, il papiro o le ninfee.

                                               

Fiume

Il fiume è un corso dacqua perenne che scorre sulla superficie terrestre guidato dalla forza di gravità; può essere alimentato dalle precipitazioni piovose, dallo scioglimento di nevi o ghiacciai o dalle falde idriche sotterranee. Raccoglie le acque di una superficie fisicamente delimitata da spartiacque detta bacino idrografico, lungo un percorso variabile nel tempo con una pendenza anchessa variabile, e termina il suo corso in un mare, oceano, lago o altro fiume.

                                               

Idrosfera

Per idrosfera si intende linsieme delle acque presenti nei vari stati di aggregazione sul nostro pianeta, dal sottosuolo alla superficie sino agli strati dellatmosfera. Lacqua che la compone può trovarsi in varie zone della Terra: sulla superficie della Terra, coprendo parte della crosta terrestre e presentandosi sotto forma di fiumi, laghi, mari e oceani. nellatmosfera, sotto forma di vapore acqueo o microscopiche goccioline sospese. nella litosfera, cioè allinterno di rocce o tra gli strati formati da queste rocce. Lidrosfera si sovrappone, per certi versi, con la biosfera, e permette le ...

                                               

Acqua (elemento)

I filosofi greci individuarono nellacqua uno degli archè o origine del cosmo, cioè una delle diverse soluzioni proposte dai presocratici per cercare di ricondurre a ununica sostanza i mutamenti della natura. In particolare Talete sosteneva che lacqua è il principio primordiale che determina la vita, nel quale tutte le realtà ritornano una volta terminata la loro esistenza. Aristotele non troverà ragioni a questa sua affermazione, ma intuì che lidea di Talete doveva provenire dalla semplice osservazione della natura: ogni essere si nutre dellumido, quindi tutto ciò che è umido è vitale, per ...

                                               

Acqua minerale

Gli stabilimenti per limbottigliamento sfruttano lacqua di una sorgente. La tecnica è semplice e interamente automatizzata: le bottiglie, accuratamente lavate e sterilizzate, passano su un nastro trasportatore fino alle macchine riempitrici, alimentate con lacqua della sorgente questa viene addizionata con anidride carbonica per il tipo "gassato", poi passano alle macchine tappatrici ed etichettatrici. Occorre tenere presente che non sono permesse molte operazioni sulle acque minerali: ad esempio si possono far decantare per eliminare alcuni composti come ferro e zolfo e naturalmente aggiu ...

                                               

Palude

Una palude è un terreno coperto dacqua stagnante, caratterizzato dallo sviluppo di una particolare vegetazione e fauna che si è adattata allelevata umidità ambientale e allimbibizione dei terreni.

Acqua
                                     

ⓘ Acqua

L acqua è un composto chimico di formula molecolare H 2 O, in cui i due atomi di idrogeno sono legati allatomo di ossigeno con legame covalente polare. In condizioni di temperatura e pressione normali si presenta come un sistema bifase, costituito da un liquido incolore e insapore e da un vapore incolore. Si presenta allo stato solido nel caso in cui la temperatura sia uguale o inferiore alla temperatura di congelamento.

Essendo lacqua un ottimo solvente, le acque naturali contengono disciolte moltissime altre sostanze, ed è per questo motivo che con il termine "acqua" si intende comunemente sia il composto chimico puro di formula H 2 O, sia la miscela liquida formata dallo stesso, con altre sostanze disciolte al suo interno.

Lacqua in natura è tra i principali costituenti degli ecosistemi ed è alla base di tutte le forme di vita conosciute, compreso lessere umano; ad essa è dovuta anche la stessa origine della vita sul nostro pianeta ed è inoltre indispensabile anche nelluso civile, agricolo e industriale; luomo ha riconosciuto sin da tempi antichissimi la sua importanza, identificandola come uno dei principali elementi costitutivi delluniverso e attribuendole un profondo valore simbolico, riscontrabile nelle principali religioni.

Sul pianeta Terra lacqua copre il 71% della superficie del pianeta ed è il principale costituente del corpo umano.

                                     

1. Etimologia

Il termine acqua deriva dal latino aqua ae, dal protoitalico * akʷā, a sua volta da una radice indoeuropea * h₂ékʷeh₂, acqua, con collegamenti nellarea germanica protogermanico * ahwō e nella lingua lusitana. Il termine in greco antico: ὕδωρ, ὕδατος, hýdōr, hýdatos è imparentato con il protogermanico * watōr da una radice indoeuropea * wódr̥ da cui discendono il tedesco Wasser e linglese water ; dalla stessa radice indoeuropea discende il latino unda italiano onda.

                                     

2.1. Fisica e chimica dellacqua Le prime scoperte scientifiche

La convinzione che lacqua fosse un elemento primitivo e indivisibile si protrasse fino agli ultimi decenni del XVIII secolo, quando gli scienziati Lavoisier e Cavendish scoprirono che questa sostanza è formata in realtà da due costituenti: idrogeno e ossigeno.

Nel 1742, Anders Celsius definì la scala di temperatura che prende il suo nome, ponendo il punto di fusione dellacqua alla normale pressione atmosferica a 100 gradi ed il punto di ebollizione a 0 gradi; nel 1745 però Linneo la invertì, arrivando alla scala come la conosciamo oggi.

La prima scomposizione dellacqua in idrogeno e ossigeno i suoi componenti elementari fu eseguita nel 1800 dal chimico inglese William Nicholson, tramite il processo di elettrolisi. Lacqua è infatti parzialmente dissociata in ioni H + e OH -, che migrano verso i due poli della cella elettrolitica, dove si svolgono le seguenti reazioni:

anodo +: 4 OH - → O 2 + 2 H 2 O + 4 e - catodo −: 2 H + + 2 e − → H 2

lossigeno e lidrogeno vengono prodotti sotto forma di bolle gassose sulla superficie degli elettrodi, da cui possono essere raccolti.

Gilbert Newton Lewis ha isolato il primo campione di pura acqua pesante in cui lidrogeno è sostituito dal deuterio, suo isotopo nel 1933.

Una controversia scientifica è nata alla fine degli anni sessanta a proposito dellesistenza di una forma polimerica dellacqua la poliacqua. È ormai condivisa lopinione che tale poliacqua non esista.

Nel 2007 grazie alluso di supercomputer e alla meccanica quantistica è stato sviluppato un modello numerico dellacqua che a partire dai principi quantomeccanici delle molecole ne estrapola il comportamento in modo corretto.

                                     

2.2. Fisica e chimica dellacqua Le forme fisiche dellacqua

Lacqua assume più forme in natura. Allo stato solido è nota come ghiaccio, allo stato aeriforme è nota come vapore acqueo. Sono note anche altre due forme solide, quella del ghiaccio vetroso e quella del solido amorfo, non cristallino, simile al vetro ghiaccio amorfo. A pressioni estreme il ghiaccio può assumere diversi stati solidi, numerati con numeri romani. La gamma delle forme solide dellacqua è così vasta e varia da non essere nemmeno confrontabile con quella di alcun altro materiale.

Il ghiaccio e la neve con cui abbiamo a che fare presentano, di norma, una struttura cristallina esagonale ghiaccio I h. Solo leggermente meno stabile metastabile della forma esagonale è quella cubica Ghiaccio I c. Raffreddando il ghiaccio I h si ha la formazione di una diversa configurazione, la forma del ghiaccio XI, nella quale i protoni presentano unelevata mobilità.

A diverse temperature e pressioni possono esistere altri tipi di ghiaccio, che possono essere identificati nel diagramma di fase del ghiaccio. Tra questi, vi sono sono: II, III, V, VI, VII, VIII, IX, e X. Il passaggio da un ghiaccio allaltro avviene attraverso una transizione isotermica come per tutte le transizioni di fase. Sotto opportune condizioni, tutti questi tipi possono esistere anche a temperatura ambiente. I vari tipi di ghiaccio differiscono per la loro struttura cristallina, ordinamento e densità.

Esistono due altre fasi del ghiaccio che sono metastabili: la IV e la XII. Il ghiaccio XII fu scoperto nel 1996 da C. Lobban, J.L. Finney e W.F. Kuhs. Nel 2006 sono state scoperte le forme XIII e XIV.

Oltre alle forme cristalline, lacqua può esistere in stati amorfi: acqua solida amorfa, ghiaccio amorfo a bassa densità, ghiaccio amorfo ad alta densità, ghiaccio amorfo ad altissima densità e acqua vetrosa sottoraffreddata.

Esistono anche molecole dacqua costituite da isotopi dellidrogeno al posto del normale prozio 1 H, che trovano impiego principalmente in ambito nucleare.

Lacqua pesante D 2 o 2 1 H 2 O è unacqua in cui gli atomi di idrogeno sono sostituiti da atomi di deuterio, isotopo dellidrogeno avente peso atomico 2 uma. Il suo comportamento chimico è sostanzialmente uguale a quello dellacqua; trova applicazione in quanto è un moderatore meno efficace dellacqua comune idrogeno + ossigeno dei neutroni emessi dalla fissione nucleare ma ha una sezione di assorbimento dei neutroni molto inferiore. In campo nucleare quindi lacqua comune viene definita anche come acqua leggera.

Esiste anche unaltra forma meno stabile, chiamata acqua superpesante T 2 o 3 1 H 2 O, in cui al posto degli atomi di idrogeno sono presenti atomi di trizio, isotopo dellidrogeno avente peso atomico 3 uma.

Nel 2016 viene scoperto un secondo stato liquido dellacqua che si presenta ad una temperatura tra i 40° e i 60° con valori diversi di costante dielettrica e di rilassamento spin-reticolo cambiando il regime della dilatazione termica e della velocità di propagazione del suono.



                                     

2.3. Fisica e chimica dellacqua I cambiamenti di stato dellacqua

Lacqua è una delle pochissime sostanze esistenti insieme a gallio, bismuto e antimonio in cui il processo di solidificazione avviene con un aumento di volume specifico pari a circa 0.087 L/kg, alla temperatura di 0 °C 273.15 K alla pressione di 1 atm), mentre il suo punto di ebollizione è a 100 °C 373.15 K. Ciò comporta che alla diminuzione della temperatura, la pressione corrispondente al passaggio di stato solido-liquido aumenti sensibilmente: si ha una pendenza negativa della linea di passaggio solido-liquido nel diagramma di fase pressione-temperatura. In particolare, per ogni centesimo di grado Celsius 0.01 °C di diminuzione della temperatura si ha un aumento della pressione di fusione di circa una atmosfera. Questa relazione è verificata fino alla pressione di 2070 atm e alla temperatura di -22 °C, oltre la quale si hanno altri stati allotropici.

Alla pressione atmosferica 1 atm lacqua bolle alla temperatura di 100 °C. Come per tutte le altre sostanze, durante la trasformazione è necessario fornire una certa quantità di calore detto calore latente, che nel caso dellacqua è più elevato di ogni altra sostanza nota: a condizioni di 0 °C e di 1 atm questo calore di vaporizzazione è infatti pari a 2501 kJ/kg. Fra i 90 °C e i 250 °C vale la regola empirica per cui la pressione di vaporizzazione p v a p {\displaystyle p_{vap}} in bar è pari alla quarta potenza della centesima parte della temperatura di vaporizzazione T v a p {\displaystyle T_{vap}} in gradi Celsius:

p v a p = T v a p 100 4 {\displaystyle p_{vap}=\left{\;T_{vap}\, \over 100}\right^{4}}
                                     

2.4. Fisica e chimica dellacqua Lacqua superionica

Nel 1999 fu previsto dal SISSA di Trieste e" Abdus Salam” International Centre for Theoretical Physics ICTP di Trieste in via teorica lesistenza di una fase dellacqua chiamata superionica. A Febbraio 2018 uno studio pubblicato su Nature Physics di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory ne conferma lesistenza. Dopo una certa pressione gli ioni ossigeno prendono forma di reticolo cristallino, tipico di un solido mentre gli ioni idrogeno si ritrovano in uno stato liquido.

                                     

2.5. Fisica e chimica dellacqua Proprietà chimico-fisiche dellacqua

Confrontata con altre sostanze dalle molecole simili per massa o omologhe di altri elementi dello stesso gruppo della tavola periodica ad esempio lacido solfidrico, lacqua allo stato liquido presenta alcune anomalie:

  • un punto di massimo nel diagramma densità-temperatura, per cui al di sotto della temperatura di massimo il liquido diminuisce di volume allaumentare della temperatura.
  • un punto di ebollizione molto alto;
  • un volume molare piuttosto basso;
  • un calore specifico elevato con un minimo a 35 °C;
  • una viscosità che presenta un minimo alle alte pressioni;

Inoltre durante il processo di congelamento si ha un notevole aumento di volume.

Queste anomalie sono causate dal fatto che lorganizzazione cristallina, dovuta nel ghiaccio ai legami idrogeno, sussiste ancora nellacqua liquida, costituendo un edificio macromolecolare lacunare con legami interni mobili che diminuiscono di numero allaumentare delle temperature e che formano un insieme di agglomerati polimerici a grappolo in equilibrio dinamico, e di molecole libere o legate in catene o in anelli.

A differenza della maggior parte delle altre sostanze, per le quali la forma solida presenta una densità maggiore rispetto alla forma liquida, il ghiaccio è meno denso dellacqua liquida. La densità dellacqua è infatti massima a 4 °C, temperatura alla quale lacqua è liquida. Ciò è dovuto appunto alla natura dei legami idrogeno, che tengono le molecole dellacqua liquida più strette di quanto non lo siano allo stato solido.

Il fenomeno dellespansione dellacqua a basse temperature costituisce un vantaggio per tutte le creature che vivono in ambienti di acqua dolce dinverno. Lacqua, raffreddandosi in superficie, aumenta di densità e scende verso il fondo innescando correnti convettive che raffreddano uniformemente lintero bacino. Quando la temperatura in superficie scende sotto i 4 °C questo processo si arresta, e per la spinta di Archimede lacqua più fredda rimane in superficie, dove, con un ulteriore calo della temperatura, forma uno strato di ghiaccio. Se lacqua non avesse questa particolarità, i laghi ghiaccerebbero interamente, e di conseguenza tutte le forme di vita presenti morirebbero.

La situazione nelle acque salate è differente: il sale contenuto nellacqua abbassa infatti sia il punto di congelamento dellacqua di circa 2 °C, per il fenomeno dellabbassamento crioscopico sia la temperatura a cui lacqua raggiunge la sua massima densità fino a circa 0 °C. Quindi nelle acque marine i moti convettivi che portano verso il fondo lacqua più fredda non sono bloccati dal gradiente di densità, come avviene nelle acque dolci. Per questo le creature che vivono sul fondo degli oceani artici si sono dovute adattare, durante il loro processo evolutivo, a sopravvivere a temperature prossime a 0 °C.

Alle normali condizioni di salinità dellacqua di mare, lacqua congela a circa −1.9 °C. Il ghiaccio che si forma è sostanzialmente privo di sale per cui presenta una densità pressoché uguale a quella del ghiaccio di acqua dolce. Questo ghiaccio galleggia sulla superficie, mentre il sale che ne è stato "espulso" aumenta la salinità e la densità dellacqua circostante, la quale scende per convezione verso il fondo.

Le condizioni di temperatura e pressione in cui le fasi solida, liquida e gassosa di una sostanza coesistono in equilibrio tra loro è detta punto triplo. Per lacqua il punto triplo viene assunto come riferimento per la misurazione della temperatura, avendo fissato per convenzione che questi è a 273.16 K e a 0.01 °C; la pressione al punto triplo dellacqua è di 611.2 Pa, che è un valore molto basso, se si considera che al livello del mare la pressione atmosferica vale mediamente 101.300 Pa.

Lacqua possiede unelevata tensione superficiale, osservabile dalla geometria sferica delle gocce dacqua e dal fatto che alcuni oggetti ad esempio un ago o insetti riescono a galleggiare sulla superficie dellacqua. Altra diretta conseguenza della tensione superficiale è la capillarità. Essa consiste nella capacità dellacqua di risalire ovviamente per brevi tratti in fessure e tubi sottilissimi. Tanto più la fessura è sottile tanto maggiore sarà lo spostamento acropeto verso lalto. La tensione superficiale svolge un ruolo fondamentale nelle funzioni di molti organismi viventi. Un esempio è il trasporto dellacqua negli xilemi degli steli delle piante; la tensione superficiale mantiene la colonna dacqua unita e forze adesive mantengono lacqua aderente allo xilema. Colonne altrettanto alte e sottili di liquidi meno coesi e meno aderenti andrebbero a spezzarsi, formando sacche daria o di vapore, rendendo inefficiente o addirittura impossibile il trasporto del liquido attraverso lo xilema.

Lacqua pura distillata è un buon isolante elettrico cioè un cattivo conduttore. Ma, essendo anche un buon solvente, nella pratica sovente reca in sé tracce di sali disciolti in essa, che, con i loro ioni la rendono un buon conduttore di elettricità.

In teoria il pH dellacqua pura a 25 °C è 7. In pratica, date le sue buone capacità solventi, lacqua pura è difficile da trovare in natura. Per semplice esposizione allaria, lacqua ne dissolve lanidride carbonica, formando una soluzione molto diluita di acido carbonico che può arrivare fino ad un valore di pH 5.6. Analogamente le gocce di pioggia presentano sempre una seppur minima acidità. La presenza di ossidi di zolfo o di azoto nellatmosfera, tramite la loro dissoluzione nelle gocce di pioggia, porta a piogge acide aventi valori di pH minori di 5 in Italia si sono registrati anche piogge acide con valori di pH intorno a 3.5, i cui effetti sullambiente sono ben più seri. Il pH dellacqua di mare è tra 7.7 e 8.4.



                                     

2.6. Fisica e chimica dellacqua La natura dipolare dellacqua

Una importante caratteristica dellacqua è data dalla polarità della sua molecola, con momento di dipolo molecolare pari a 1.847 D. La forma della molecola dellacqua è assimilabile a un tetraedro con latomo di ossigeno al centro, due atomi di idrogeno a due dei vertici e due doppietti elettronici non condivisi lone pairs agli altri due. Questi ultimi, per via della repulsione elettrostatica, distorcono leggermente la struttura tetraedrica, facendo sì che langolo formato dai due legami O-H sia di 104.45°, inferiore ai 109.5° di un tetraedro regolare. Gli elettroni sono maggiormente attratti verso latomo di ossigeno, essendo questo più elettronegativo dellidrogeno, pertanto i legami che si formano tra gli atomi di H e latomo di O sono chiamati "covalenti polari", in quanto presentano una parziale carica negativa in corrispondenza dellatomo di ossigenoδ -, e una parziale carica positiva in corrispondenza degli atomi di idrogenoδ +.

È estremamente rilevante il fatto che lacqua, essendo un composto anfotero, si autodissoci seppur in maniera estremanente limitata in anioni idrossido e cationi idrossonio. Per questo motivo lacqua pura presenta un pH pari a 7.00.

Una molecola che presenta questo squilibrio di cariche elettriche è detta essere un dipolo elettrico. Le cariche fanno sì che molecole dacqua vengano attratte reciprocamente luna dallaltra. Questa attrazione nellacqua è particolarmente intensa anche se è più debole dei legami covalenti interni alla molecola stessa e prende il nome di legame a idrogeno o H-bond e spiega molte delle proprietà fisiche tipiche dellacqua.

La presenza del legame a idrogeno spiega ad esempio i valori relativamente alti del punto di fusione e del punto di ebollizione dellacqua: è necessaria infatti una maggiore energia rispetto a sostanze meno polari per rompere i legami a idrogeno che tengono unite le molecole le une alle altre. Ad esempio lacido solfidrico, H 2 S simile per geometria ma incapace di formare legami a idrogeno, è un gas a temperatura ambiente, pur avendo un peso molecolare quasi doppio rispetto allacqua.

Sempre al legame a idrogeno è da attribuire lelevata capacità termica specifica. Il legame a idrogeno spiega anche linsolito comportamento dellacqua quando questa congela: a causa di questo legame, quando la temperatura si abbassa fino al punto di congelamento, le molecole di acqua si organizzano in una struttura cristallina dalla simmetria esagonale tipica del ghiaccio, che risulta essere meno densa dellacqua liquida.

Dal fatto che il ghiaccio sia meno denso dellacqua liquida discende che il ghiaccio può essere fuso anche in seguito ad un aumento di pressione. Tale pressione risulta essere piuttosto elevata. Allo stato solido ogni molecola di acqua si lega con altre quattro molecole mediante legami a idrogeno in una configurazione tetraedrica, dando luogo ad una conformazione tridimensionale a strati costituiti di anelli esagonali.

Allo stato liquido la continua formazione e rottura di legami a idrogeno dà luogo ad aggregati fluttuanti chiamati "dominii" molto estesi dellordine di decine di molecole, dovuti al fatto che la formazione di un legame a idrogeno H-bond fra due molecole ne induce la formazione di un altro, innescando una sorta di reazione a catena. Ogni dominio ha una struttura simile a quella del ghiaccio; mediamente ogni molecola di acqua è circondata da altre 4.7 molecole e la distanza fra due atomi di ossigeno di molecole attigue è di circa 3 Å, rendendo così molto influenti le interazioni a corto raggio. Lesistenza di questi dominii impartisce allacqua un elevato grado di strutturazione, che ne determina molte caratteristiche peculiari.

La durata della vita media di un dominio è un argomento molto controverso ed oggetto di dibattito; tralasciando le più o meno recenti polemiche sulla cosiddetta "memoria dellacqua", la vita media di un dominio è comunemente ritenuta essere dellordine di 0.1 ns, ma esistono teorie ed evidenze sperimentali secondo cui potrebbe essere molto più lunga, cioè di alcuni secondi o anche più; secondo altre ricerche, invece, sarebbe assai più breve, dellordine dei 50 fs. Si è recentemente appurato, inoltre, che i processi di rilassamento nellacqua avvengono seguendo diverse scale temporali; ciò vuol dire che coesistono aggregati molecolari diversi, ognuno con la propria struttura, che danno luogo ad un quadro estremamente complesso.

Le macromolecole biologiche le strutture sopramolecolari interagiscono con le molecole di acqua vicine acqua di idratazione, modificandone alcune caratteristiche e subendo a loro volta modifiche nelle proprie caratteristiche. Le molecole di acqua dello strato di idratazione, ad esempio, hanno unorientazione preferenziale ed una limitata libertà di movimento rotazionale e traslazionale, che fa passare i tempi di correlazione dai 10 −12 s dellacqua pura ai 10 −6 ÷10 −9 s dellacqua dei gusci di idratazione.

Lacqua forma clatrati idrati, costituiti da "gabbie" di molecole di acqua che circondano molecole o ioni estranei. Al di là dellinteresse per la loro struttura, che illustra quale organizzazione possa imporre il legame a idrogeno, gli idrati clatrati si assumono spesso a modello della maniera in cui lacqua sembra organizzarsi intorno ai gruppi apolari, quali ad esempio quelli delle proteine.

Alcuni composti ionici formano idrati clatrati nei quali lanione è incorporato nellintelaiatura dei legami a idrogeno. Questo tipo di clatrati ricorre frequentemente con gli accettori di legame a idrogeno molto forti, quali F - e OH -. Le molecole di acqua inoltre mediano alcune reti di legami a idrogeno intracatena ed intercatena, contribuendo alla stabilizzazione ed al ripiegamento del collagene, che è una delle proteine più importanti in natura.

                                     

2.7. Fisica e chimica dellacqua Lacqua come solvente

Chimicamente lacqua è un buon solvente. Le proprietà solventi dellacqua sono essenziali per gli esseri viventi, dal momento che consentono lo svolgersi delle complesse reazioni chimiche che costituiscono le basi della vita stessa ad esempio, quelle che avvengono nel sangue o nel citoplasma della cellula.

Il comportamento di solvente dellacqua è determinato dalla polarità della sua molecola: quando un composto ionico o polare viene disciolto in acqua, viene circondato dalle molecole di acqua, le quali, si inseriscono tra uno ione e laltro o tra una molecola e laltra di soluto grazie alle loro piccole dimensioni, orientandosi in modo da presentare ad ogni ione o estremità polare del soluto la parte di sé che reca la carica opposta; questo indebolisce lattrazione tra gli ioni o tra le molecole polari e rompe la struttura cristallina; ogni ione o ogni molecola polare si ritrova quindi solvatato o idratato, cioè circondato completamente da molecole dacqua che interagiscono con esso.

Un esempio di soluto ionico è il comune sale da cucina cloruro di sodio, un esempio di soluto molecolare polare è lo zucchero.

In generale, le sostanze ioniche polari quali acidi, alcoli e sali sono abbastanza solubili in acqua, mentre non lo sono le sostanze non polari quali grassi ed oli. Le molecole non polari non si miscelano allacqua, perché per questultima è favorita dal punto di vista energetico la formazione di legami a idrogeno al suo interno, piuttosto che la formazione di legami di Van der Waals con molecole non polari.

                                     

2.8. Fisica e chimica dellacqua La natura anfotera dellacqua

Lacqua è una sostanza anfotera, ovvero capace di comportarsi sia da acido che da base.

A pH 7 condizione di neutralità la concentrazione di ioni idrossido OH - è uguale a quella di ioni idrogeno H + o meglio ioni idrossonio H 3 O +. Quando questo equilibrio viene alterato, la soluzione diventa acida maggiore concentrazione di ioni idrogeno o basica maggiore concentrazione di ioni idrossido.

Secondo la teoria di Bronsted-Lowry, un acido è una specie chimica capace di donare uno ione H + ed una base è una specie chimica capace di addizionarlo a sé. In presenza di un acido più forte di essa, lacqua si comporta da base, in presenza di un acido più debole di essa, lacqua si comporta da acido. Ad esempio, nellequilibrio:

HCl + H 2 O ↽ − − ⇀ H 3 O + + Cl − {\displaystyle {\ce {HCl + H2O H3O+ + Cl-}}}

lacqua si comporta come base ed un acido le dona il suo ione H +. Invece nella reazione con lammoniaca:

NH 3 + H 2 O ↽ − − ⇀ NH 4 + + OH − {\displaystyle {\ce {NH3 + H2O NH4+ + OH-}}}

è lacqua ad agire da acido, donando il suo ione H + a questultima.

Lo ione H 3 O +, presente sempre in piccole quantità insieme alla normale molecola dacqua, si forma in seguito alla reazione chimica di autoprotolisi dellacqua:

2 H 2 O ↽ − − ⇀ H 3 O + + OH − {\displaystyle {\ce {2H2O H3O+ + OH-}}}

Questa reazione è anche nota come autoionizzazione, semi-ionizzazione o autodissociazione dellacqua, e spiega la natura anfotera dellacqua: essa si comporta sia da acido libera ioni H 3 O + sia da base libera ioni OH -.

                                     

3. Limportanza biologica dellacqua

Lacqua è una componente fondamentale di tutti gli organismi viventi presenti sul nostro pianeta. Si trova in elevate percentuali nelle cellule in particolare nel citoplasma e nei vacuoli, presenti nelle cellule vegetali e in alcuni protisti, al cui interno viene convogliata attraverso il processo di pinocitosi. Nel protoplasma di tutte le cellule, sia procarioti sia eucarioti, lacqua rappresenta il composto predominante e agisce come solvente per tutte le biomolecole, dando loro la possibilità di reagire tra di loro nelle varie reazioni biochimiche. Oltre che come solvente, lacqua partecipa attivamente come reagente in diverse reazioni metaboliche, soprattutto quelle di idrolisi, ed è, assieme allanidride carbonica, uno dei principali reagenti della fotosintesi clorofilliana; è inoltre, sempre assieme alla CO 2, il prodotto conclusivo del processo di respirazione cellulare.

Essendo il principale costituente della gran parte dei viventi, lacqua è quindi presente anche nellorganismo umano, in percentuali variabili a seconda delletà, del sesso e del peso. I fluidi corporei che hanno il maggiore contenuto di acqua sono il liquido cefalo-rachidiano 99%, il midollo osseo 99% e il plasma sanguigno 85%. Risulta quindi di fondamentale importanza per il trasporto dei nutrienti in tutti i distretti corporei e per leliminazione e lescrezione, tramite lurina, delle scorie prodotte nelle reazioni biochimiche. Lacqua inoltre svolge una funzione determinante nella regolazione della temperatura corporea tramite la sudorazione e della concentrazione dei sali minerali; partecipa inoltre alla digestione, favorendo il transito intestinale e lassorbimento delle sostanze nutritive. Proprio perché lacqua deve essere presente in quantità molto elevate nellalimentazione umana viene classificata come "macronutriente".

Nelle piante è il componente principale della linfa, che ha la funzione di trasportare i principi nutritivi in tutti i tessuti, e dei vacuoli, che regolano la pressione osmotica. Nellorganismo umano lacqua costituisce il 65% del peso corporeo, diminuendo gradualmente allavanzare delletà e a seconda del sesso.



                                     

4. Lacqua nelluniverso

Nelle nubi interstellari della nostra galassia, la Via Lattea, è stata riscontrata la presenza di molecole dacqua. Si presume che lacqua sia abbondante anche in altre galassie, dato che i suoi componenti elementari idrogeno e ossigeno sono tra i più abbondanti elementi delluniverso.

Gran parte dellacqua presente nelluniverso potrebbe essere un prodotto secondario della fase di formazione stellare. Le stelle, al termine della loro formazione, emettono un vento stellare particolarmente intenso, accompagnato dallemissione di un grande flusso di gas e polveri; quando questo flusso impatta contro il gas residuo della nube molecolare, si generano delle onde durto che comprimono e riscaldano i gas. Lacqua riscontrata allinterno delle nebulose in cui è presente unattività di formazione stellare si è originata rapidamente a partire dal gas compresso riscaldato.

Un "sottoprodotto" della fase di formazione stellare è la formazione di sistemi planetari, anche simili al sistema solare. In simili sistemi sarebbe possibile rintracciare acqua su corpi celesti non molto caldi, quali comete, pianeti e satelliti. Nel nostro sistema solare, acqua allo stato liquido è stata rinvenuta oltre che sulla Terra sulla Luna. Concreta è la possibilità che acqua liquida sia presente anche al di sotto della superficie della luna di Saturno Encelado e della luna di Giove Europa.

Sotto forma di ghiaccio, è stata trovata su:

  • i satelliti di alcuni pianeti, tra cui Titano, Europa, Encelado e Tritone.
  • Marte per lo più tracce

È probabile che tracce di ghiaccio dacqua si trovino sulla superficie lunare, sul pianeta nano Cerere e sul satellite di Saturno Teti. Ghiaccio sarebbe contenuto anche nellinterno di Urano e Nettuno e sul planetoide Plutone, oltre che nelle comete.

Allo stato gassoso vapore acqueo è stata trovata su:

  • Encelado 91% nellatmosfera
  • Venere 0.002% nellatmosfera
  • sugli esopianeti HD 189733 b ed HD 209458 b.
  • Mercurio 3.4% nellatmosfera e in alte percentuali nellesosfera
  • Marte 0.03% nellatmosfera
  • Giove 0.0004% nellatmosfera

La presenza dellacqua nelluniverso viene considerata dallesobiologia come un fattore chiave per lo sviluppo della vita in pianeti differenti dal nostro. Alla presenza dellacqua si richiamano infatti molte teorie sullorigine della vita.

                                     

4.1. Lacqua nelluniverso Lacqua e la zona abitabile

La presenza di acqua liquida e in misura minore nelle forme gassosa e solida sulla Terra è una condizione essenziale per lo sviluppo e il sostentamento della vita come la conosciamo. La Terra presenta tali condizioni favorevoli poiché si trova in quella che gli astronomi definiscono zona abitabile del sistema solare, ovvero una stretta fascia orbitale in cui lirraggiamento da parte del Sole è tale da mantenere lacqua allo stato liquido: infatti, se solo il nostro pianeta fosse stato più lontano,o più vicino alla nostra stella, anche solo del 5% otto milioni di chilometri, le condizioni in grado di mantenere simultaneamente i tre stati fisici dellacqua avrebbero avuto minori possibilità di verificarsi.

Definire la nozione di abitabilità planetaria comincia dallo studio delle stelle: infatti, labitabilità di un pianeta dipende in buona parte dalle caratteristiche del sistema planetario, e dunque della stella, che lo ospita. Si stima attualmente che il dominio spettrale appropriato per le stelle con pianeti abitabili vada dallinizio della classe F o G fino a metà della classe spettrale K; si tratta di stelle non troppo calde né troppo fredde, che stanno nella sequenza principale sufficientemente a lungo perché la vita abbia possibilità di comparire ed evolvere sino anche a forme complesse. Questo tipo di stelle costituisce probabilmente dal 5 al 10% delle stelle della nostra galassia.

Poco favorevoli ad ospitare la vita sembrano essere i sistemi planetari attorno alle nane rosse, ovvero le stelle tra la classe K e la classe M. Esse, pur avendo periodi di vita estremamente lunghi teoricamente, anche centinaia di miliardi di anni o più, possiedono delle luminosità così basse che, perché le condizioni di insolazione della superficie del pianeta siano favorevoli alla vita, esso dovrebbe orbitare ad una distanza tale che le forze di marea lo vincolerebbero in unorbita sincrona; inoltre, alcune nane rosse manifestano dei violenti episodi di variabilità. Tuttavia, la questione concernente leffettiva abitabilità dei sistemi planetari delle nane rosse resta aperta e riveste grandissima importanza, in quanto la maggioranza delle stelle circa il 65 % della Galassia fanno parte di questa categoria.

Perché possa ospitare condizioni favorevoli alla presenza di acqua liquida, un pianeta deve possedere una gravità superficiale in grado di trattenere un cospicuo involucro atmosferico; essa non deve essere troppo grande in quanto potrebbe mantenere allo stato solido lacqua anche ad elevate temperature, ma neanche troppo piccola in quanto tratterrebbe solamente una tenue atmosfera, causando eccessive escursioni termiche e favorendo laccumulo di acqua solamente nelle regioni polari. La presenza poi di vapore acqueo e diossido di carbonio nellatmosfera causa un effetto serra che consente di mantenere stabile la temperatura superficiale.

È stato suggerito che le stesse forme di vita possano contribuire a mantenere le condizioni favorevoli alla propria esistenza. La temperatura superficiale sulla Terra è stata relativamente costante nel susseguirsi delle ere geologiche, nonostante le variazioni, anche forti, dellinsolazione media superficiale, e questo indicherebbe che una serie di processi dinamici regolerebbero la temperatura del pianeta tramite una combinazione di gas serra e dellalbedo superficiale o atmosferico. Tale teoria prende il nome di Ipotesi Gaia.

Diverse sono le teorie in merito allorigine dellacqua sulla Terra. Le due ipotesi più accreditate ritengono che lacqua o sia giunta sulla Terra a seguito degli impatti con le comete e asteroidi, molto frequenti agli albori del sistema solare, oppure a seguito della grande attività vulcanica della Terra primordiale, che avrebbe rilasciato nellatmosfera grandi quantità di vapore acqueo che poi sarebbe precipitato al suolo sotto forma di fenomeni idrometeorici.

                                     

5.1. Lacqua sulla Terra Caratterizzazione chimico-fisica delle acque naturali

Lacqua in natura non è mai pura, bensì contiene al suo interno molte sostanze disciolte grazie alla sua capacità di solvente, e particelle in sospensione, la maggior parte delle quali microscopiche; le sostanze contenute sostanzialmente si suddividono in base alla loro dimensione:

  • Materiali sospesi: > 0.1 μm
argilla, silice, calcare, idrossido ferrico, alghe, grassi, microrganismi, detriti vegetali
  • Materiali dispersi colloidali: 0.1 ÷ 0.001 µm 0.1 µm ÷ 1 nm
silice colloidale, acidi umici
  • gas
  • anioni HCO 3 -
  • Sostanze disciolte: < 10 Å < 1 nm
  • cationi Ca 2+, Mg 2+

Grazie alle tecniche della chimica analitica è possibile individuare le sostanze presenti nellacqua. La caratterizzazione chimico-fisica di unacqua naturale consiste generalmente nella seguente procedura:

  • determinazione dei composti azotati: concentrazione di ammoniaca, nitriti, nitrati.
  • misura del pH;
  • prelevamento in genere si prelevano 2 campioni rappresentativi;
  • calcolo del residuo fisso: misurazione del peso a diverse temperature;
  • determinazione della conducibilità elettrica;
  • osservazione: sensazioni organolettiche primarie;
  • calcolo della torbidità: metodo fotometrico;
  • determinazione del TOC: concentrazione del carbonio organico totale.
  • determinazione anioni e cationi tra i quali ioni Ca 2+, Mg 2+ e HCO 3 - e calcolo della durezza: metodi complessometrici e/o altro;
                                     

5.2. Lacqua sulla Terra Caratterizzazione microbiologica delle acque naturali

Tutte le acque naturali contengono un certo numero di microrganismi, sia autotrofi sia eterotrofi, rappresentati da batteri, alghe, funghi e protozoi, che costituiscono la microflora autoctona delle acque, dove svolgono una funzione fondamentale in tutti i cicli biogeochimici e sono i principali responsabili dei fenomeni di autodepurazione. Anche le acque sotterranee ospitano una microflora specifica, rappresentata soprattutto da organismi oligotrofi, a causa della bassa concentrazione di nutrienti.

Linquinamento di origine antropica, soprattutto quello derivante dallo scarico nelle acque naturali di reflui organici di origine civile, può introdurre nei corpi idrici microrganismi non tipici dellecosistema acquatico, che costituiscono una microflora dinquinamento. Tra questi vi possono essere anche batteri patogeni dei generi Salmonella, Shigella, Vibrio, Clostridium, Pseudomonas, Campylobacter, Mycobacterium, Legionella, ecc, oltre a protozoi, elminti e virus di origine enterica. La presenza di questi patogeni può essere pericolosa soprattutto per quelle acque che sono utilizzate dalluomo per scopi potabili o ricreativi.

Lanalisi microbiologica di unacqua, tuttavia, più che alla ricerca dei patogeni, tende a rilevare microrganismi che sono definiti indicatori dinquinamento fecale, che albergano nellintestino umano e di animali e vengono quindi eliminati con le feci. Questi indicatori hanno la caratteristica di avere concentrazioni, nei reflui organici, notevolmente superiori a quelle di eventuali patogeni e, inoltre, richiedono tecniche di rilevamento molto più semplici, per cui si possono facilmente inserire nei protocolli analitici di routine per la caratterizzazione microbiologica delle acque.

I principali organismi indicatori ricercati nelle acque sono:

  • Escherichia coli ;
  • Coliformi a 37 °C;
  • Enterococchi;
  • Clostridium perfringens.

Nelle acque destinate al consumo umano, si esegue anche il conteggio delle colonie a 22 °C.

Nelle acque potabili i microrganismi indicatori di inquinamento fecale Escherichia coli e enterococchi devono essere costantemente assenti e la carica microbica totale deve essere contenuta e costante. La presenza nellacqua di uno o più di questi indicatori rappresenta un primo segnale di allarme per una probabile contaminazione fecale e può indirizzare verso la ricerca di eventuali patogeni.

                                     

5.3. Lacqua sulla Terra Classificazione delle acque naturali

A seconda della loro provenienza, le acque naturali si classificano in:

  • acque superficiali.
  • acque meteoriche ;
  • acque sotterranee falde profonde o freatiche;

Lacqua compie un ciclo continuo il cosiddetto ciclo dellacqua o ciclo idrologico, consistente nel continuo scambio di acqua nellidrosfera tra latmosfera, il suolo, le acque di superficie, le acque profonde e gli esseri viventi. Grazie allevaporazione delle acque superficiali per effetto dellirraggiamento solare ed alla traspirazione delle piante, si formano le nubi negli strati più freddi dellatmosfera. Queste vengono trasportate dai venti ed al variare di temperatura e/o pressione, ritornano al suolo sotto forma di acque meteoriche, arricchendo ulteriormente le acque superficiali ed in parte filtrando nel terreno quelle sotterranee.

Poiché moltissime sostanze hanno una certa solubilità in acqua, in natura praticamente non esistono acque pure.

Le acque meteoriche contengono gas normalmente presenti nellatmosfera principalmente N 2, O 2 e CO 2, quelli localmente presenti per via di attività industriali o di centri abitati e quelli che provengono dalla decomposizione di sostanze organiche naturali H 2 S, NH 3. Lacqua meteorica può reagire con tali sostanze. Un esempio è dato dal fenomeno della pioggia acida:

SO 3 + 2 O ⟶ H 2 SO 4 {\displaystyle {\ce {SO3 + 2O -> H2SO4}}}

Le acque sotterranee, alimentate dallinfiltrazione delle acque meteoriche, da cui il terreno filtra le sostanze in sospensione, sono acque minerali. A volte le acque sotterranee fuoriescono spontaneamente diventando acque sorgive.

Le acque sotterranee, ossidando le sostanze organiche presenti nel suolo, si arricchiscono di anidride carbonica, facilitando la dissoluzione di rocce calcaree secondo la reazione:

CaCO 3

Se la concentrazione del diossido di carbonio è elevata, la quantità di roccia dissolta è elevata e si possono formare delle grotte; tale fenomeno in Italia è chiamato carsismo dalla regione del Carso, dove questo fenomeno è frequente. La reazione chimica anzidetta può avvenire in entrambe le direzioni da sinistra verso destra o da destra verso sinistra: dalla reazione inversa alla precedente, con leliminazione dellanidride carbonica, si ha quindi la formazione di stalattiti e stalagmiti.

Le acque superficiali hanno composizione estremamente variabile a seconda delle condizioni climatiche ed ambientali. Si possono classificare in acque dolci 3%, per circa i 3 ⁄ 4 allo stato liquido e salate. Il mar Mediterraneo contiene circa il 3.5% di sali.

                                     

5.4. Lacqua sulla Terra Risorse idriche terrestri

Il volume di acqua presente sulla Terra è stimato in 1 360 000 km 3, allincirca un millesimo del volume complessivo del pianeta; di questi:

  • 25 000 km 3 pari a circa il 2% del totale sono nei ghiacciai e nelle calotte polari.
  • 250 000 km 3 pari a circa lo 0.02% del totale sono acque dolci nei laghi, nei mari interni e nei fiumi.
  • 1 320 000 km 3 pari a circa il 97.3% del totale sono acque marine in maggioranza oceano.
  • 13 000 km 3 pari a circa l1% del totale sono nel suolo, nelle falde acquifere.
  • 13 000 km 3 sono vapore acqueo nellatmosfera.

Lacqua dolce rappresenta solo il 2.5% del volume totale presente sulla Terra e per più dei 2 ⁄ 3 si trova in pochi ghiacciai, in particolare nellAntartide e in Groenlandia, i quali sono quindi la principale riserva di acqua dolce nel nostro pianeta.

La fusione dei ghiacciai a causa delleffetto serra e dellaumento delle temperature ha un forte impatto ambientale, sia per linnalzamento del livello dei mari ma anche per la scomparsa di questa riserva. Durante la fusione dei ghiacci, infatti, lacqua dolce si mescola a quella salata del mare, divenendo inutilizzabile dalluomo.

Un ulteriore 30% di acqua dolce si trova in riserve sotterranee e solo meno dell1% dellacqua dolce si trova in laghi, fiumi o bacini ed è quindi facilmente accessibile. In uno studio pubblicato nel 1996 dalla rivista Science si stimava che:

  • 7 774 km 3 /anno sono in zone di difficile accesso e, in pratica, non utilizzate ;
  • 2 350 km 3 /anno vengono utilizzati "così come sono", ad esempio per navigazione, pesca e parchi;
  • 4 430 km 3 /anno vengono direttamente utilizzati nellagricoltura 2880 km 3 /anno, nellindustria 975 km 3 /anno e nelle città 300 km 3 /anno; il dato comprende, peraltro, anche la perdita di riserve per evaporazione 275;
  • il ciclo dellacqua genera un totale di acqua dolce rinnovabile pari a circa 110 300 km 3 /anno ;
  • 29 600 km 3 /anno finiscono in mare senza essere utilizzati mediante dighe;
  • rimangono circa 40 700 km 3 /anno, che ritornano nei mari e negli oceani; di tale acqua
  • circa 69 600 km 3 /anno delle precipitazioni evapora a sua volta ;
  • 12 500 km 3 /anno possono essere utilizzati dalluomo; di questi
  • laumento stimato dellacqua disponibile può inoltre risultare ottimistico, a causa del crescente inquinamento e del riscaldamento globale.
  • la costruzione di dighe può aumentare di circa il 10% la disponibilità di acqua dolce utilizzabile dalluomo nel 2025, ma si prevede che per quel tempo la popolazione potrebbe aumentare di circa il 45%;
                                     

5.5. Lacqua sulla Terra Lacqua in meteorologia

Lacqua è anche un elemento fondamentale di controllo della meteorologia e del clima terrestre. Il vapore acqueo presente nellatmosfera può, sotto determinate circostanze, subire dei processi di accrescimento coalescenza portando alla formazione di nuvole, e, raggiungendo la saturazione, alla pioggia o ad altre forme di precipitazioni atmosferiche. Grazie a questi eventi lacqua può ridistribuirsi sul territorio, venendo anche accumulata nei ghiacciai polari o in quelli presenti ad elevate altitudini. Labbondanza o meno di precipitazioni acquose nelle varie aree geografiche ne stabilisce il clima, da estremi di aridità fino alle foreste tropicali, e di conseguenza la biodiversità le risorse.

                                     

6.1. Lacqua e luomo Lacqua nella storia della civiltà e nelle religioni

Lacqua ha svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo delle prime civiltà antiche, che erano situate lungo i grandi fiumi dellOriente: il Nilo per la civiltà egizia, il Tigri e lEufrate per le civiltà mesopotamiche Sumeri, Babilonesi e Assiri, lo Huang He Fiume Giallo per la Cina, lIndo e il Gange per lIndia.

I grandi bacini fluviali costituivano unopportunità per la maggior fertilità del suolo e per la facilità dei trasporti, ma determinavano unorganizzazione sociale più complessa necessaria per gestire i conflitti per le risorse e per affrontare la costruzione e manutenzione di imponenti sistemi di irrigazione e di protezione dalle alluvioni.

Minore, ma tuttaltro che trascurabile, fu anche limportanza dei mari interni, soprattutto il mar Mediterraneo, che facilitavano i commerci e i contatti culturali fra popoli lontani, con la formazione di civiltà prevalentemente dedicate al commercio anzitutto i Fenici.

Limportanza dellacqua è riconosciuta nelle religioni e nei sistemi filosofici sin dai tempi antichi. Molte religioni venerano dei legati allacqua o i corsi dacqua stessi ad esempio, il Gange è una dea per linduismo. Ancora, semidivinità particolari, chiamate Ninfe, sono posti nella mitologia greca a guardia di particolari fonti dacqua. Lacqua, poi, fu considerata un elemento primigenio presso molti popoli, anche molto lontani fra loro; ad esempio in Cina venne identificata con il caos, da cui ha avuto origine luniverso, mentre nella Genesi compare già nel secondo versetto, prima della luce e delle terre emerse. Anche il filosofo greco Talete associò lacqua all origine di tutte le cose e asserì che la sua scorrevolezza è in grado di spiegare anche i mutamenti delle cose stesse. Anche in Polinesia lacqua venne considerata la materia prima fondamentale.

Con lo sviluppo dei primi sistemi filosofici, lacqua venne affiancata da pochi altri elementi primigenii senza perdere la sua importanza. In tutte le civiltà antiche era molto diffusa la convinzione che la molteplicità della natura potesse essere ricondotta alla combinazione di pochissimi elementi costitutivi: lacqua, appunto, il fuoco, la terra e laria o il legno ed eventualmente una quinta essenza. Così ad esempio in oriente il taoismo cinese include lacqua fra i suoi cinque elementi con terra, fuoco, legno e metallo. In Occidente anche Empedocle 492 a.C. circa – 430 a.C. circa annoverò lacqua fra i quattro elementi fondamentali, ai quali Platone nel Timeo aggiunse letere. Lo stesso Aristotele 384 a.C. - 322 a.C. sosteneva che la materia fosse formata dallinterazione dei quattro elementi citati da Empedocle.

Lindispensabilità dellacqua per il fiorire della vita colpì molte civiltà. Ad esempio, nella lingua sumera "a" significa sia "acqua" sia "generazione". Nella maggior parte delle religioni, quindi, lacqua è diventata un simbolo di rinnovamento e perciò di benedizione divina. Essa compare logicamente nei riti di "purificazione" e di rinascita di molti culti, ad esempio nei riti di immersione del battesimo cristiano e nelle abluzioni dellebraismo e dellislam. Anche nello scintoismo lacqua è usata nei rituali di purificazione di persone o luoghi.

La tradizione sapienzale mistica ebraica della Cabala ebraica individua nellacqua il simbolo della Sefirah Chessed indicante la qualità divina della Misericordia, della gentilezza e della grandezza; molti i riferimenti della Torah allacqua, anche suo simbolo. Secondo lesegesi ebraica lo stesso termine Ebreo, in Ebraico Yivrì, significa colui che viene da oltre il fiume ed è presente nella Bibbia ebraica usato per la prima volta riguardo ad Abramo. Il termine ebraico che traduce la parola acqua, Maim, se associato al termine Esh, fuoco, forma la parola Shamaim che significa Cielo: si ritiene infatti che i Cieli presentino lunione di acqua e fuoco.

Mircea Eliade ha studiato analiticamente i miti acquatici nelle varie religioni: "Le acque simboleggiano la totalità delle virtualità". Eliade ha considerato: le Acque e i Germi; le cosmogonie acquatiche in India, nell Enûma Eliš della mitologia babilonese; le ilogenie origine del genere umano o di una razza dalle acque; l Acqua della Vita lacqua ringiovanisce e dà la vita eterna; il simbolismo dellimmersione; il battesimo; la sete del morto levangelica Parabola di Lazzaro e il ricco Epulone; presso i Greci; in Mesopotamia; nellantico Egitto; le fonti miracolose ed oracolari già dal Neolitico, poi ad esempio la delfica Pizia; le epifanie acquatiche le divinità delle acque; le Ninfe; Poseidone ed Ægir; gli animali ed emblemi acquatici ; il simbolismo del diluvio.

Lattribuzione allacqua di caratteristiche negative è molto più rara e recente. Nel XVI secolo, durante lepidemia della peste, si pensò che lacqua favorisse il contagio, "aprendo" i pori della pelle attraverso cui si sarebbero infiltrati i presunti agenti patogeni, chiamati seminaria, per cui si riteneva che il lavaggio del corpo indebolisse lorganismo, ed era pertanto sconsigliato.

                                     

6.2. Lacqua e luomo Usi dellacqua

Lacqua riveste un ruolo centrale in una moltitudine di campi. Sostanzialmente si possono suddividere gli usi dellacqua in:

  • Uso potabile
  • Alimentazione preparazione alimenti e bevande
  • Igiene personale e degli impianti sanitari
  • Imprese alimentari
  • Usi civili
  • Abluzione e riti religiosi
  • Usi civili non potabili, fra cui
  • Usi ricreativi sport acquatici
  • Giardinaggio
  • Spegnimento degli incendi
  • Applicazioni chimiche come solvente e agente di reazione
  • Vettore termico in impianti di riscaldamento e raffreddamento.
  • Fonte energetica in impianti idroelettrici
  • Usi agricoli irrigazione
  • Taglio ad acqua nel quale si utilizza un getto potente dacqua per tagliare con alta precisione superfici più o meno spesse di vari materiali
  • Utilizzi industriali, fra cui

Sebbene lacqua ricopra il 70.8% della superficie terrestre, la maggior parte di questa non è utilizzabile direttamente, in quanto necessita di particolari trattamenti, che sono diversificati a seconda dellutilizzo a cui lacqua è destinata.

                                     

6.3. Lacqua e luomo Acqua leggera e acqua pesante

Nellingegneria nucleare lacqua comune viene detta acqua leggera quando viene impiegata come refrigerante/moderatore del nocciolo di un LWR, sia in condizioni sottoraffreddate reattori PWR sia in condizioni di ebollizione reattori BWR. Lorigine di questo termine deriva dalla contrapposizione con il termine acqua pesante, che identifica una sostanza chimicamente simile allacqua ma in cui lisotopo più comune dellidrogeno di peso 1 è sostituito con lisotopo deuterio di peso 2; lacqua pesante è impiegata come moderatore/refrigerante nei reattori CANDU.

                                     

6.4. Lacqua e luomo Trattamenti delle acque

Lacqua può subire diversi trattamenti per la rimozione di inquinanti e per la correzione di alcune caratteristiche chimico-fisiche; la progettazione di impianti di trattamento richiede delle analisi preliminari dellacqua grezza che possano esprimere con chiarezza tutte le sostanze in essa contenute le cui concentrazioni sono solitamente espresse con unità di misura in ppm o ppb e determinare le sue caratteristiche microbiologiche.

I trattamenti che vengono effettuati sullacqua dipendono soprattutto dalla loro destinazione, ad esempio lacqua potabile deve avere un certo contenuto di concentrazione salina, un valore di pH contenuto in un intervallo specifico, una conducibilità elettrica limite, assenza di microrganismi indicatori di inquinamento e di patogeni, mentre un tipo di acqua ad uso agricolo sarà più ricca di minerali.

Il trattamento delle acque reflue prevede una serie di operazioni di tipo chimico-fisico e biologico, suddivise in trattamento primario, trattamento secondario e trattamento terziario, oltre ad una serie di operazioni specifiche per il trattamento dei fanghi. I reflui depurati sono generalmente riversati in acque superficiali e in Italia devono rispettare i valori limiti di emissione stabiliti dal decreto legislativo n.152/2006, in relazione agli obiettivi di qualità dei corpi idrici riceventi. Lo scarico di un depuratore, infatti, non deve contenere sostanze inquinanti in concentrazioni tali da interferire con la naturale capacità autodepurativa del corpo idrico né compromettere la vitalità e la biodiversità delle comunità biotiche degli ecosistemi acquatici. I reflui depurati, dopo aver subito un idoneo trattamento terziario, comprensivo di filtrazione su sabbia, adsorbimento su carboni attivi, disinfezione con raggi ultravioletti, biossido di cloro, o altri ossidanti, possono essere riutilizzati soprattutto per un uso irriguo o industriale.

Il trattamento per le acque marine consiste principalmente nelloperazione di dissalazione.

I trattamenti per la potabilizzazione si applicano ad acque superficiali naturali, o provenienti da invasi artificiali, con lo scopo di ottenere acque idonee alluso umano, che rispettino le norme di qualità stabilite in Italia dal decreto legislativo n.31/2001; questi trattamenti comprendono le operazioni di:

  • Sedimentazione
  • Filtrazione
  • Disinfezione
  • Aerazione
  • Filtrazione con carbone attivo
  • Purificazione ad osmosi inversa
  • Addolcimento
  • Coagulazione
  • Trattamento biologico a fanghi attivi

Naturalmente non tutte le operazioni elencate sono applicate contemporaneamente, ma queste potranno essere assemblate in schemi diversi, secondo il grado dinquinamento dellacqua grezza. Ad esempio, unacqua poco inquinata potrà subire un trattamento più semplice, consistente in una filtrazione su sabbia seguita da disinfezione. Unacqua dolce superficiale mediamente inquinata, invece, subirà un trattamento più spinto che, secondo uno schema classico, potrà seguire la successione delle seguenti operazioni: sedimentazione, preossidazione con biossido di cloro, ipoclorito di sodio o altri ossidanti, coagulazione-flocculazione-sedimentazione, filtrazione su sabbia, adsorbimento su carboni attivi e disinfezione finale.

                                     

6.5. Lacqua e luomo Lacqua nellindustria

Lacqua è solo seconda come capacità termica molare specifica rispetto a qualsiasi sostanza nota, subito dopo lammoniaca. Per questa sua caratteristica, viene molto usata come mezzo di trasporto ed accumulo del calore. Lacqua è usata in numerosi processi ed apparecchiature industriali, quali ad esempio il motore a vapore, i generatori di vapore, gli scambiatori di calore ed i radiatori, nonché nei processi dellindustria chimica. Infatti, grazie alle sue proprietà chimiche, lacqua costituisce lambiente di reazione e dissoluzione di molte sostanze, e, per le sue caratteristiche termiche, è un ottimo fluido trasportatore di calore. Inoltre lacqua viene impiegata per la produzione di energia nelle centrali idroelettriche. Il vapore acqueo è utilizzato per alcuni processi nellindustria chimica. Un esempio è la produzione di acido acrilico. Il possibile effetto dellacqua in queste reazioni include linterazione fisico-chimica dellacqua con il catalizzatore e la reazione chimica dellacqua con gli intermedi di reazione.

Il fabbisogno dacqua dellindustria viene soddisfatto con prelievi di acque di origine superficiale dal ridotto contenuto salino ed un basso tenore in ossigeno a causa dellinquinamento, profonda maggiori contenuti di anidride carbonica, o molto più raramente di origine atmosferica in genere corrosive a causa dei gas disciolti; solo in particolari casi si ricorre allacqua di mare.

Si effettuano perciò trattamenti di natura meccanica, fisica o chimica, in relazione allo stato ed alle dimensioni dei contaminanti, per rendere lacqua utilizzabile nei processi industriali.

I trattamenti per le acque industriali sono molteplici, e comprendono le operazioni di:

  • Filtrazione
  • Flocculazione e coagulazione
  • Trattamenti di ossido-riduzione
  • Flottazione
  • Deferrizzazione e demanganizzazione
  • Desilicazione
  • Addolcimento
  • Demineralizzazione
  • Disinfezione
  • Neutralizzazione, precipitazione
  • Decarbonatazione
  • Sedimentazione sfrutta la legge di Stokes
  • Trattamenti anticorrosione ad esempio eliminazione dei gas disciolti

Una forma di inquinamento è rappresentata dallo scarico nellambiente di acque residue di processi industriali non opportunamente trattate inquinamento chimico o di acque di raffreddamento inquinamento termico.