LA MOLECOLA DELL'ACQUA QUESTA SCONOSCIUTA

Le 66 proprietà “anomale” della molecola d’acqua


Benché sia la molecola più comune e a noi più familiare, l'acqua è un elemento che non manca mai di stupire. Presenta una struttura molecolare semplicissima: due atomi d'idrogeno legati a uno di ossigeno, eppure è ancora un rompicapo. Secondo una ricerca coordinata dagli Stati Uniti (con l'acceleratore Slac, gestito per il dipartimento dell'Energia dall'università di Stanford) e condotta in collaborazione con università Svedesi e Giappone, l'acqua avrebbe 66 proprietà "anomale".

Diversamente da tutti gli altri liquidi, l'acqua raggiunge la sua massima densità a 4°C, ed essa diminuisce sia che si vada sopra o sotto la soglia dei 4°C, differentemente a molti altri materiali per i quali temperature rigide portano ad un aumento di densità, mentre il calore la diminuisce;

L'acqua è in grado di immagazzinare una grande quantità di calore, cosa che rende stabili le temperature degli oceani, o che ad esempio consente ai radiatori di scambiare efficacemente il calore accumulato da un motore;

La tensione superficiale dell'acqua è molto alta, rendendo più facile il trasporto dell'acqua negli alberi anche a grandi altezze;

Allo stato solido, può assumere diverse forme, come il ghiaccio vetroso o del ghiaccio amorfo. Allo stato liquido il discorso non cambia, potendo trovare acqua "standard", pesante, superpesante, superfredda, leggera.

"Capire queste anomalie è molto importante perchè l'acqua è la base fondamentale della nostra esistenza: niente acqua, niente vita" afferma Anders Nilsson, uno dei partecipanti alla sperimentazione sull'acqua condotta dal Dipartimento dell'Energia americano in collaborazione con diverse università svedesi e giapponesi. "Il nostro lavoro aiuta a spiegare queste anomalie a livello molecolare a temperature che sono rilevanti per la vita".

Sottoponendo un campione di acqua liquida ai raggi-X è stato scoperto che, a temperatura ambiente, le molecole assumono due strutture: una molto disordinata, e un'altra molto ordinata, tetraedrica. In particolare, la struttura ordinata esiste in gruppi di circa 100 molecole, attorno ai quali sono presenti molecole disposte in maniera disordinata. Il liquido è quindi una formazione mista, composta da entrambe le strutture.

Aumentando la temperatura, i gruppi ordinati diventano sempre più rari, ed aumenta il disordine nelle regioni popolate da molecole che non appartengono a nessuna struttura.

Questa scoperta, per quanto possa sembrare priva di molta importanza se non accademica, consente di spiegare stati dell'acqua molto raffinati, come l'acqua "superfredda", una condizione in cui l'acqua, nonostante sia sottoposta a temperatura inferiore agli 0°C, non congela ma rimane liquida Questi stati fuori dall'ordinario sono il futuro della tecnologia ambientale, spaziale, ospedaliera, farmacologica, e via dicendo, perchè aprono panorami finora nemmeno immaginati in diversi campi di ricerca. E spiega anche alcune proprietà misteriose dell'acqua.

La densità dell'acqua a 4°C può essere spiegata con una presenza maggiore di strutture disordinate, che hanno una densità maggiore rispetto a quelle ordinate (che sono meno dense perchè sono disposte secondo una struttura che lascia molti "spazi vuoti" tra le molecole). Aumentando la temperatura, il disordine cresce, diminuendo la densità dell' acqua; se la temperatura diminuisce oltre i 4°C, le strutture ordinate, meno dense delle aree disordinate, aumentano di numero, diminuendo ugualmente la densità.

Per quanto riguarda la capacità di immagazzinare calore, dipende anch'essa dal disordine delle molecole: più aumenta la temperatura, più cresce la percentuale di molecole nelle regioni disordinate, aumentando anche la capacità di assorbire il calore. Infine, la tensione superficiale viene spiegata grazie ai forti legami che l'acqua è in grado di sviluppare con l'idrogeno.

"Se non comprendiamo la materia primaria della vita, come possiamo studiare altre sostanze complesse - come le proteine - che sono immerse nell'acqua?" dice Congcong Huang, ricercatore che ha condotto l'esperimento ai raggi-X "Dobbiamo capire la parte semplice prima di passare a quella complessa".