Essendo l'acqua un ottimosolvente, le acque naturali contengono disciolte moltissime altre sostanze, ed è per questo motivo che con il termine "acqua" si intende comunemente sia il composto chimicopuro di formula H2O, sia lamiscela (liquida) formata dallo stesso, con altre sostanze disciolte al suo interno.
L'acqua in natura è tra i principali costituenti degliecosistemi ed è alla base di tutte le forme divita conosciute, compreso l'essere umano; ad essa è dovuta anche la stessaorigine della vita sul nostro pianeta ed è inoltre indispensabile anche nell'uso civile, agricolo e industriale; l'uomo ha riconosciuto sin da tempi antichissimi la sua importanza, identificandola come uno dei principali elementi costitutivi dell'universo e attribuendole un profondovalore simbolico, riscontrabile nelle principalireligioni.
Sul pianetaTerra è presente nei suoi tre stati (liquido, solido e gassoso), copre il 71% della superficie del pianeta, è un elemento climatico fondamentale ed è il principale costituente delcorpo umano.[12].
Il termine "acqua" deriva dallatinoaqua, dalprotoitalicoakwā, a sua volta da una radice indoeuropeah₂ékʷeh₂ con collegamenti nell'areagermanica (protogermanicoahwō) e nellalingua lusitana.Il termineingreco anticoὕδωρ, ὕδατος?,hýdōr, hýdatos è imparentato con il protogermanicowatōr (da una radice indoeuropeawódr̥) da cui discendono iltedescowasser e l'inglesewater; dalla stessa radice indoeuropea discende il latinounda (italiano "onda").
Le prime teorie sulla natura degli elementi che compongono l'universo furono sviluppate dai filosofi dell'antica grecia.[13]Talete identificò l'acqua come il principio da cui tutte le cose avrebbero avuto origine, al contrarioEmpedocle propose che quattro elementi fondamentali, acqua, aria, fuoco e terra, miscelandosi in diverse proporzioni, fossero in grado di spiegare la variabilità degli elementi osservati in natura. Infine, Aristotele introdusse l'idea che la terra potesse trasmutarsi in acqua.[13] La convinzione che l'acqua fosse un elemento primitivo e indivisibile si protrasse fino all'età moderna e con essa la controversia su quanti fossero e quali caratteristiche avessero gli elementi fondamentali che costituiscono la materia osservata.
Nel XVII secolo,Jean Baptiste van Helmont, convinto che gli elementi fondamentali fossero solo acqua e aria, condusse un esperimento facendo crescere un salice da una quantità di terra innaffiata regolarmente per cinque anni. La terra su cui cresceva l'albero venne pesata all'inizio dell'esperimento e alla fine quando il salice era cresciuto. Osservando che la massa totale della terra non era cambiata significativamente, concluse che l'acqua si fosse tramutata in legno e quindi che l'acqua fosse l'elemento fondamentale costitutivo della terra.[13][14]
L'apparato sperimentale usato da Cavendish per produrre e raccogliere idrogeno.
Numerosi esperimenti nell'ambito della teoria delflogisto furono condotti nel XVIII secolo, dove si osservò che l'idrogeno, gas altamente infiammabile a quel tempo non identificato in quanto elemento, si compone con l'ossigeno producendo acqua. La reazione di combustione dell'idrogeno era attribuita alla presenza del flogisto, supponendo quindi che il flogisto potesse essere considerato come un fluido o una sostanza.Henry Cavendish condusse una serie di esperimenti nei quali produsse idrogeno a partire dalla reazione fra acidi e metalli;[16] osservando che idrogeno e ossigeno gassosi si combinano completamente in acqua in volumi in proporzione circa uguale a due a uno. Propose quindi una teoria in base alla quale l'ossigeno era semplicemente acqua privata del flogisto, mentre l'idrogeno acqua con un eccesso flogisto, mantenendo quindi la teoria in base alla quale l'acqua è un elemento fondamentale della natura. Negli stessi anniJames Watt propose una teoria analoga, in cui invece l'acqua veniva considerata questa volta come un composto di aria e flogisto,[17] mentreAntoine Laurent Lavoisier, in completa opposizione alla teoria del flogisto, fu il primo a proporre l'ipotesi corretta secondo la quale l'acqua è un composto di ossigeno e idrogeno.[13]
L'elettrolisi dell'acqua
La prima scomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno mediante il processo dielettrolisi fu eseguita nel1800 dal chimico ingleseWilliam Nicholson.[18] L'interpretazione del processo di elettrolisi rimase aperta; dopo la formulazione della teoria atomica da parte diJohn Dalton,Amedeo Avogadro fu il primo a suggerire che l'acqua fosse composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno.[13] Si scoprì infatti che l'acqua è parzialmente dissociata in ioni H+ eOH-, che migrano verso i due poli della cella elettrolitica, dove si svolgono le seguenti reazioni:
anodo (+):4 OH- → O2 + 2 H2O + 4 e-
catodo (−):2 H+ + 2 e− → H2
l'ossigeno e l'idrogeno vengono prodotti sotto forma di bolle gassose sulla superficie degli elettrodi, da cui possono essere raccolti.
Una controversia scientifica è nata alla fine deglianni sessanta a proposito dell'esistenza di una formapolimerica dell'acqua (la "poliacqua"). È ormai condivisa l'opinione che tale "poliacqua" non esista.[19][20][21]
L'acqua assume piùforme in natura. Allo statosolido è nota comeghiaccio, allo statoaeriforme è nota comevapore acqueo. Sono note anche altre due forme solide, quella delghiaccio vetroso e quella delsolido amorfo, non cristallino, simile alvetro (ghiaccio amorfo). A pressioni estreme il ghiaccio può assumere diversi stati solidi, numerati con numeri romani. La gamma delle forme solide dell'acqua è così vasta e varia da non essere nemmeno confrontabile con quella di alcun altromateriale[22]. Gli stati dell'acqua e le loro caratteristiche sono determinate dalle proprietà quantistiche della molecola; per questa ragione è possibile studiare le forme dell'acqua, oltre che con gli esperimenti, anche attraverso simulazioni numeriche a partire dai principi dellameccanica quantistica.[23]
Il ghiaccio e laneve con cui abbiamo a che fare nell'esperienza quotidiana presentano, di norma, unastruttura cristallina esagonale (ghiaccio Ih). Solo leggermente meno stabile (metastabile) della forma esagonale è quella cubica (Ghiaccio Ic). Raffreddando il ghiaccio Ih si ha la formazione di una diversa configurazione, la forma delghiaccio XI, nella quale i protoni presentano un'elevata mobilità.
A diverse temperature e pressioni possono esistere altri tipi di ghiaccio, che possono essere identificati neldiagramma di fase del ghiaccio. Tra questi, vi sono: II, III, V, VI, VII, VIII, IX, e X. Il passaggio da un ghiaccio all'altro avviene attraverso unatransizione isotermica (come per tutte letransizioni di fase).Sotto opportune condizioni, tutti questi tipi possono esistere anche a temperatura ambiente.[in forma metastabile?] I vari tipi di ghiaccio differiscono per la lorostruttura cristallina, ordinamento edensità.
Esistono due altre fasi del ghiaccio che sono metastabili: la IV e la XII. Il ghiaccio XII fu scoperto nel1996 da C. Lobban, J.L. Finney e W.F. Kuhs.[24] Nel2006 sono state scoperte le forme XIII e XIV.[25]
Oltre alle forme cristalline, l'acqua può esistere instati 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 d'acqua costituite daisotopi dell'idrogeno al posto del normaleprozio (11H), che trovano impiego principalmente in ambitonucleare.
L'acqua pesante trova applicazione in quanto è unmoderatore meno efficace dell'acqua comune (idrogeno + ossigeno) deineutroni emessi dallafissione nucleare ma ha una sezione di assorbimento dei neutroni molto inferiore. Nell'ingegneria nucleare l'acqua comune viene detta acqua leggera quando viene impiegata come refrigerante/moderatore del nocciolo di unLWR, sia in condizioni sottoraffreddate (reattoriPWR) sia in condizioni di ebollizione (reattoriBWR). L'origine di questo termine deriva dalla contrapposizione con il termineacqua pesante, che identifica una sostanza chimicamente simile all'acqua ma in cui l'isotopo più comune dell'idrogeno di peso 1 è sostituito con l'isotopodeuterio di peso 2; l'acqua pesante è impiegata come moderatore/refrigerante nei reattoriCANDU.
Esiste anche un'altra forma meno stabile, chiamataacqua superpesante (T2O o31H2O), in cui al posto degli atomi di idrogeno sono presenti atomi ditrizio, isotopo dell'idrogeno avente peso atomico 3 uma.[28]
L'acqua è una delle pochissime sostanze esistenti (insieme agallio,bismuto eantimonio) in cui il processo di solidificazione avviene con un aumento divolume specifico (pari a circa 0,087L/kg, alla temperatura di 0°C (273,15K) alla pressione di 1atm), mentre il suopunto di ebollizione è a 100°C (373,15 K).[29]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 neldiagramma 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 altristati allotropici.
Allapressione atmosferica (1atm) l'acquabolle alla temperatura di 100°C. Come per tutte le altre sostanze, durante la trasformazione è necessario fornire una certa quantità di calore (dettocalore latente), che nel caso dell'acqua 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 2501kJ/kg.Fra i 90°C e i 250°C vale la regola empirica per cui la pressione di vaporizzazione (in bar) è pari alla quarta potenza della centesima parte della temperatura di vaporizzazione (in gradi Celsius):
Nel1999 fu previsto dalSISSA di Trieste e “Abdus Salam” International Centre for Theoretical Physics (ICTP) di Trieste in via teorica l'esistenza di una fase dell'acqua chiamata "superionica"[30] oghiaccio superionico.A febbraio2018 uno studio pubblicato suNature Physics di ricercatori delLawrence Livermore National Laboratory ne conferma l'esistenza[30].Dopo una certa pressione gli ioni ossigeno prendono forma direticolo cristallino, tipico di un solido mentre gli ioni idrogeno si ritrovano in uno stato liquido[30].
L'acqua risultablu perché quando laluce delsole, che contiene tutti icolori, vi penetra, alcuni colori vengono assorbiti dalle sue molecole, in particolare esse assimilano maggiormente i colori arancione e rosso, quindi quando la luce arriva ai nostri occhi ha minore colorazione arancione e rossa e ci appare come se fosse più blu rispetto a ciò che chiamiamo luce bianca.[31] Invece per quanto riguarda l'acqua marina il motivo della colorazione è un po' diverso: iplancton che vi vivono, infatti, assorbono un po' di luce blu e rossa mentre la grande quantità di materia organica disciolta assorbe quasi esclusivamente luce blu. Questo fa sì che la luce restante tenda ad un blu più profondo e violaceo rispetto all'azzurro pallido dell'acqua pura. Invece il colore verde turchese delle acque dei mari del sud e delle isole deiCaraibi è dovuto all'ingente presenza difitoplancton, diffusore particolarmente efficace di luce gialla e verde.[31]
Confrontata con altre sostanze dalle molecole simili per massa o omologhe di altri elementi dello stesso gruppo dellatavola periodica (ad esempio l'acido solfidrico), l'acqua allo stato liquido presenta alcune anomalie:
unaviscosità che presenta un minimo alle alte pressioni;
un punto di massimo nel diagramma densità-temperatura, per cui al di sotto della temperatura di massimo il liquido diminuisce di volume all'aumentare della temperatura.
Inoltre durante il processo dicongelamento si ha un notevole aumento di volume.[32]
Queste anomalie sono causate dal fatto che l'organizzazione cristallina, dovuta nel ghiaccio ailegami idrogeno, sussiste ancora nell'acqua liquida, costituendo un edificio macromolecolare lacunare con legami interni mobili che diminuiscono di numero all'aumentare delle temperature e che formano un insieme diagglomerati polimerici a grappolo inequilibrio dinamico, e di molecole libere o legate in catene o in anelli.
A differenza della maggior parte delle altre sostanze,[33] per le quali la forma solida presenta unadensità maggiore rispetto alla forma liquida, ilghiaccio è meno denso dell'acqua liquida.[34] La densità dell'acqua è infatti massima a 4°C,[35] temperatura alla quale l'acqua è liquida. Ciò è dovuto appunto alla natura dei legami idrogeno, che tengono le molecole dell'acqua liquida più strette di quanto non lo siano allo stato solido.
Le superfici ghiacciate dei laghi e degli oceani permettono lo sviluppo della vita nell'ambiente sottostante. Questo è possibile perché il ghiaccio, avendo una densità minore dell'acqua liquida, galleggia sopra di essa, per cui sotto il ghiaccio la temperatura sarà maggiore di 0°C. Altrimenti la bassa temperatura non permetterebbe agli organismi marini di vivere.
Il fenomeno dell'espansione dell'acqua a basse temperature costituisce un vantaggio per tutte le creature che vivono in ambienti di acqua dolce d'inverno. L'acqua, raffreddandosi in superficie, aumenta di densità e scende verso il fondo innescandocorrenti convettive che raffreddano uniformemente l'intero bacino. Quando la temperatura in superficie scende sotto i 4°C questo processo si arresta, e per laspinta di Archimede l'acqua più fredda rimane in superficie, dove, con un ulteriore calo della temperatura, forma uno strato dighiaccio. Se l'acqua 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: ilsale contenuto nell'acqua abbassa infatti sia il punto di congelamento dell'acqua (di circa 2°C, per il fenomeno dell'abbassamento crioscopico) sia la temperatura a cui l'acqua raggiunge la sua massima densità (fino a circa 0°C). Quindi nelle acque marine i moti convettivi che portano verso il fondo l'acqua più fredda non sono bloccati dal gradiente di densità, come avviene nelle acque dolci. Per questo le creature che vivono sul fondo deglioceani artici si sono dovute adattare, durante il loroprocesso evolutivo, a sopravvivere a temperature prossime a 0°C.
Alle normali condizioni disalinità dell'acqua di mare, l'acqua 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 dell'acqua 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 dettapunto triplo. Per l'acqua il punto triplo viene assunto come riferimento per la misurazione della temperatura, avendo fissato per convenzione che questi è a 273,16K (e a 0,01°C); la pressione al punto triplo dell'acqua è di 611,2Pa, che è un valore molto basso, se si considera che al livello del mare lapressione atmosferica vale mediamente 101.300Pa.
L'acqua possiede un'elevatatensione superficiale,[36] osservabile dalla geometria sferica delle gocce d'acqua e dal fatto che alcuni oggetti (ad esempio un ago) o insetti riescono a galleggiare sulla superficie dell'acqua.[37]Altra diretta conseguenza della tensione superficiale è lacapillarità. Essa consiste nella capacità dell'acqua di risalire (per brevi tratti) in fessure e tubi sottilissimi. Tanto più la fessura è sottile tanto maggiore sarà lo spostamento acropeto (verso l'alto).[38]La tensione superficiale svolge un ruolo fondamentale nelle funzioni di molti organismi viventi. Un esempio è il trasporto dell'acqua neglixilemi degli steli delle piante; la tensione superficiale mantiene la colonna d'acqua unita eforze adesive mantengono l'acqua aderente allo xilema. Colonne altrettanto alte e sottili di liquidi menocoesi e meno aderenti si spezzerebbero, formando sacche d'aria o di vapore, rendendo inefficiente (o addirittura impossibile) il trasporto del liquido attraverso lo xilema.
L'acqua pura (distillata) è un buonisolante elettrico (cioè un cattivoconduttore). Ma, essendo anche un buonsolvente, nella pratica sovente reca in sé tracce disali disciolti in essa, che, con i loroioni la rendono un buon conduttore di elettricità.[39]
Date le sue buone capacità solventi, l'acqua pura non è reperibile in natura.[40] Per semplice esposizione all'aria, l'acqua ne dissolve l'anidride carbonica, formando una soluzione molto diluita diacido carbonico che può arrivare fino ad un valore di pH 5,6.[41] Analogamente le gocce dipioggia presentano sempre una seppur minima acidità. La presenza diossidi di zolfo o diazoto nell'atmosfera, tramite la loro dissoluzione nelle gocce di pioggia, porta apiogge acide aventi valori di pH minori di 5 (in Italia si sono registrati anche piogge acide con valori di pH intorno a 3,5),[42] i cui effetti sull'ambiente sono ben più seri. Il pH dell'acqua di mare è tra 7,7 e 8,4.[43]
Disposizione degli atomi nella molecola dell'acqua.
Una importante caratteristica dell'acqua è data dallapolarità della suamolecola, conmomento di dipolo molecolare pari a 1,847D.[44] La forma della molecola dell'acqua è assimilabile a untetraedro[45] con l'atomo 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 l'angolo formato dai due legami O-H sia di 104,45º, inferiore ai 109.5º di un tetraedro regolare.[46] Gli elettroni sono maggiormente attratti verso l'atomo di ossigeno, essendo questo piùelettronegativo dell'idrogeno, pertanto i legami che si formano tra gli atomi di H e l'atomo di O sono chiamati "covalenti polari", in quanto presentano una parzialecarica negativa in corrispondenza dell'atomo di ossigeno (2 δ-) e una parziale carica positiva in corrispondenza degli atomi di idrogeno (δ+).
È estremamente rilevante il fatto che l'acqua, essendo un compostoanfotero, si autodissoci seppur in maniera estremamente limitata inanioni idrossido e cationi idrossonio. In effetti, da misure accurate risulta che l'acqua pura ha unpH pari a 7,00 a 25°C e pressione ambiente.
Una molecola che presenta questo squilibrio di cariche elettriche è detta essere undipolo elettrico. Le cariche fanno sì che molecole d'acqua vengano attratte reciprocamente l'una dall'altra. Questa attrazione nell'acqua è particolarmente intensa (anche se è molto più debole deilegami covalenti interni alla molecola stessa) e prende il nome dilegame a idrogeno (oH-bond) e spiega molte delle proprietà fisiche tipiche dell'acqua.
La presenza del legame a idrogeno spiega ad esempio i valori relativamente alti delpunto di fusione e delpunto di ebollizione dell'acqua: 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 l'acido solfidrico, H2S (simile per geometria ma incapace di formare legami a idrogeno), è un gas a temperatura ambiente, pur avendo unpeso molecolare quasi doppio rispetto all'acqua.
Rappresentazione del legame idrogeno che si instaura tra più molecole di acqua. Il numero massimo di molecole di acqua legate con legame idrogeno a ciascuna molecola di acqua è pari a 4. Nella realtà, le molecole possono trovarsi ad una distanza non sufficiente a formare tale legame: ad esempio a temperatura e pressione ambiente il numero di legami idrogeno medio per ciascuna molecola di acqua è, secondo Stillinger, pari a circa 1,35.[47]
Sempre al legame a idrogeno è da attribuire l'elevatacapacità termica specifica. Il legame a idrogeno spiega anche l'insolito comportamento dell'acqua 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 strutturacristallina dallasimmetria esagonale tipica delghiaccio, che risulta essere meno densa dell'acqua liquida.
Dal fatto che il ghiaccio sia meno denso dell'acqua liquida discende che il ghiaccio può essere fuso anche in seguito ad un aumento di pressione. Tale pressione risulta essere piuttosto elevata.[48] Allo stato solido ogni molecola di acqua si lega con altre quattro molecole mediante legami a idrogeno in una configurazionetetraedrica, 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 "domini") molto estesi (dell'ordine 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 direazione a catena. Ogni dominio ha una struttura simile a quella del ghiaccio; secondo una ricerca americana, a temperature tra 0 e 100°C e pressione atmosferica, ogni molecola di acqua è circondata mediamente da altre 4,7 molecole[47] e la distanza fra due atomi di ossigeno di molecole attigue è di circa 3Å, rendendo così molto influenti le interazioni a corto raggio. In particolare, ogni molecola di acqua instaura, alle condizioni anzidette, circa 1,35 legami idrogeno con le molecole di acqua vicine.[47] L'esistenza di questi domini impartisce all'acqua 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 dell'acqua", la vita media di un dominio è comunemente ritenuta essere dell'ordine di 0,1ns, 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, dell'ordine dei 50fs. Si è recentemente appurato, inoltre, che i processi di rilassamento nell'acqua 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.[49][50][51][52][53]
Sfera di idratazione attorno ad uno ione sodio
Le macromolecole biologiche e le strutture sopramolecolari interagiscono con le molecole di acqua vicine (acqua diidratazione), modificandone alcune caratteristiche e subendo a loro volta modifiche nelle proprie caratteristiche. Le molecole di acqua dellostrato di idratazione, ad esempio, hanno un'orientazione preferenziale ed una limitata libertà di movimento rotazionale e traslazionale, che fa passare i tempi di correlazione dai 10−12s dell'acqua pura ai 10−6÷10−9 s dell'acqua dei gusci di idratazione.[54]
L'acqua formaclatrati idrati, costituiti da "gabbie" di molecole di acqua che circondano molecole o ioni estranei. Al di là dell'interesse 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 l'acqua sembra organizzarsi intorno ai gruppi apolari, quali ad esempio quelli delleproteine.
Alcuni composti ionici formano idrati clatrati nei quali l'anione è incorporato nell'intelaiatura dei legami a idrogeno. Questo tipo di clatrati ricorre frequentemente con gli accettori di legame a idrogeno molto forti, qualiF- eOH-. Le molecole di acqua inoltre mediano alcune reti di legami a idrogeno intracatena ed intercatena, contribuendo alla stabilizzazione ed alripiegamento delcollagene, che è una delle proteine più importanti in natura.
Chimicamente l'acqua è un buonsolvente.[55] Le proprietà solventi dell'acqua 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 nelsangue o nelcitoplasma dellacellula).
Il comportamento di solvente dell'acqua è determinato dallapolarità 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 l'altro o tra una molecola e l'altra 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 l'attrazione tra gli ioni (o tra le molecole polari) e rompe la struttura cristallina; ogni ione (o ogni molecola polare) si ritrova quindisolvatato (o idratato), cioè circondato completamente da molecole d'acqua che interagiscono con esso.[55][56]
In generale, le sostanze ioniche polari (qualiacidi,alcoli esali) sono abbastanza solubili in acqua, mentre non lo sono le sostanze non polari (quali grassi ed oli). Le molecole non polari non si miscelano all'acqua, perché per quest'ultima è favorita dal punto di vista energetico la formazione di legami a idrogeno al suo interno, piuttosto che la formazione dilegami di Van der Waals con molecole non polari.
La struttura tridimensionale dello ione idronio o idrossonio
L'acqua è una sostanzaanfotera, ovvero capace di comportarsi sia daacido che dabase.
ApH 7 (condizione di neutralità) laconcentrazione diioni idrossido OH- è uguale a quella diioni idrogeno H+ (o meglio ioniidrossonio H3O+). Quando questo equilibrio viene alterato, la soluzione diventa acida (maggiore concentrazione di ioni idrogeno) o basica (maggiore concentrazione di ioni idrossido).
In presenza di un acido più forte di essa, l'acqua si comporta da base, in presenza di un acido più debole di essa, l'acqua si comporta da acido.
è l'acqua ad agire da acido, donando il suo ione H+ a quest'ultima.
Lo ione H3O+, presente sempre in piccole quantità insieme alla normale molecola d'acqua, si forma in seguito alla reazione chimica di "autoprotolisi dell'acqua":[57]
Questa reazione è anche nota comeautoionizzazione,[58] "semi-ionizzazione" o "autodissociazione" dell'acqua, e spiega la natura anfotera dell'acqua.[59]
Essendo il principale costituente della gran parte dei viventi, l'acqua è quindi presente anche nell'organismo umano, in percentuali variabili a seconda dell'età, del sesso e del peso. I fluidi corporei che hanno il maggiore contenuto di acqua sono illiquido cefalo-rachidiano (99%), ilmidollo osseo (99%) e ilplasma sanguigno (85%).[62] Risulta quindi di fondamentale importanza per il trasporto deinutrienti in tutti i distretti corporei e per l'eliminazione e l'escrezione, tramite l'urina, delle scorie prodotte nelle reazioni biochimiche. L'acqua inoltre svolge una funzione determinante nella regolazione dellatemperatura corporea (tramite lasudorazione) e della concentrazione dei sali minerali; partecipa inoltre alladigestione, favorendo il transito intestinale e l'assorbimento delle sostanze nutritive. Proprio perché l'acqua deve essere presente in quantità molto elevate nell'alimentazione umana viene classificata come "macronutriente".[63]
Nelle piante è il componente principale dellalinfa, che ha la funzione di trasportare i principi nutritivi in tutti itessuti, e deivacuoli, che regolano lapressione osmotica. Nell'organismo umano l'acqua costituisce il 65% del peso corporeo, diminuendo gradualmente all'avanzare dell'età e a seconda del sesso.[64][65]
Diagramma che mostra la composizione dellanebulosa di Herbig-HaroHH46, al cui interno sono state rinvenute consistenti quantità di ghiaccio d'acqua
Nellenubi interstellari della nostragalassia, laVia Lattea, è stata riscontrata la presenza di molecole d'acqua.[66] Si presume che l'acqua sia abbondante anche in altre galassie, dato che i suoi componenti elementari (idrogeno e ossigeno) sono tra i più abbondantielementi dell'universo. Inoltre, il rilevamento di una grossa quantità d'acqua in unquasar distante 12 miliardi di anni luce, dimostra che l'acqua sia stata presente nell'universo per quasi tutta la sua esistenza.[67][68]
Gran parte dell'acqua presente nell'universo potrebbe essere un prodotto secondario della fase diformazione stellare.[69] Lestelle, al termine della loro formazione, emettono unvento stellare particolarmente intenso, accompagnato dall'emissione di un grande flusso di gas e polveri; quando questo flusso impatta contro il gas residuo dellanube molecolare, si generano delleonde d'urto che comprimono e riscaldano i gas. L'acqua riscontrata all'interno delle nebulose in cui è presente un'attività di formazione stellare si è originata rapidamente a partire dal gas compresso riscaldato.[70]
Un "sottoprodotto" della fase di formazione stellare è la formazione disistemi planetari, anche simili alsistema solare.[71] In simili sistemi sarebbe possibile rintracciare acqua su corpi celesti non molto caldi, qualicomete,pianeti esatelliti.
i satelliti di alcuni pianeti, tra cuiTitano,Europa,Encelado,Tritone e anche, come mostrato dal sorvolo ravvicinato della sondaNew Horizons nel 2015, sul pianeta nano Plutone.[75]
Ghiaccio sarebbe contenuto anche nell'interno diUrano eNettuno,[76] oltre che nellecomete.
La presenza di acqua liquida (e in misura minore nelle forme gassosa e solida) sulla Terra è una condizione essenziale per lo sviluppo e ilsostentamento della vita come la conosciamo. La Terra presenta tali condizioni favorevoli poiché si trova in quella che gli astronomi definisconozona abitabile delsistema solare, ovvero una stretta fascia orbitale in cui l'irraggiamento da parte delSole è tale da mantenere l'acqua 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 dell'acqua avrebbero avuto minori possibilità di verificarsi.[94]
Definire la nozione diabitabilità planetaria comincia dallo studio dellestelle: infatti, l'abitabilità di un pianeta dipende in buona parte dalle caratteristiche del sistema planetario, e dunque della stella, che lo ospita.[95] Si stima attualmente che ildominio spettrale appropriato per le stelle con pianeti abitabili vada dall'inizio dellaclasse F oG fino a metà dellaclasse spettrale K; si tratta di stelle non troppo calde né troppo fredde, che stanno nellasequenza principale sufficientemente a lungo perché la vita abbia possibilità dicomparire edevolvere sino anche a forme complesse.[95] 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 allenane 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),[96][97] possiedono delleluminosità così basse che, perché le condizioni diinsolazione della superficie del pianeta siano favorevoli alla vita, esso dovrebbe orbitare ad una distanza tale che leforze di marea lo vincolerebbero in un'orbita sincrona; inoltre, alcune nane rosse manifestano deiviolenti episodi di variabilità. Tuttavia, la questione concernente l'effettivaabitabilità 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.[98]
La Terra presenta le condizioni geologiche ed astronomiche favorevoli al mantenimento di acqua liquida in superficie.
Perché possa ospitare condizioni favorevoli alla presenza di acqua liquida, un pianeta deve possedere unagravità superficiale in grado di trattenere un cospicuoinvolucro atmosferico; essa non deve essere troppo grande (in quanto potrebbe mantenere allo stato solido l'acqua anche ad elevate temperature), ma neanche troppo piccola (in quanto tratterrebbe solamente una tenue atmosfera, causando eccessiveescursioni termiche e favorendo l'accumulo di acqua solamente nelleregioni polari). La presenza poi di vapore acqueo ediossido di carbonio nell'atmosfera causa uneffetto serra che consente di mantenere stabile la temperatura superficiale.[99]
È stato suggerito che le stesse forme di vita[100] possano contribuire a mantenere le condizioni favorevoli alla propria esistenza. La temperatura superficiale sulla Terra è stata relativamente costante nel susseguirsi delleere geologiche, nonostante le variazioni, anche forti, dell'insolazione media superficiale, e questo indicherebbe che una serie diprocessi dinamici regolerebbero la temperatura del pianeta tramite una combinazione di gas serra e dell'albedo superficiale o atmosferico. Tale teoria prende il nome diIpotesi Gaia.[101]
Diverse sono le teorie in merito all'origine dell'acqua sulla Terra. Le due ipotesi più accreditate ritengono che l'acqua o sia giunta sulla Terra a seguito degli impatti con le comete e asteroidi, molto frequenti aglialbori del sistema solare, oppure a seguito della grandeattività vulcanica della Terra primordiale avrebbe rilasciato nell'atmosfera grandi quantità di vapore acqueo, poi precipitato al suolo sotto forma difenomeni idrometeorici.[102][103]
Campioni per l'analisi della torbidità dell'acquaIngrandimento al microscopio di minerali precipitati da acqua portata all'ebollizione.
L'acqua in natura non è maipura, 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:[104]
Grazie alle tecniche dellachimica analitica è possibile individuare le sostanze presenti nell'acqua.[105] Lacaratterizzazione chimico-fisica di un'acqua naturale consiste generalmente nella seguente procedura:[106]
prelevamento (in genere si prelevano 2 campioni rappresentativi);[107]
Coltura dicoliformi totali derivante da un'acqua contaminata dal punto di vista microbiologico
Tutte le acque naturali contengono un certo numero di microrganismi, siaautotrofi siaeterotrofi, rappresentati dabatteri,alghe,funghi eprotozoi, che costituiscono la microfloraautoctona delle acque, dove svolgono una funzione fondamentale in tutti icicli biogeochimici e sono i principali responsabili dei fenomeni di autodepurazione.Anche le acque sotterranee ospitano una microflora specifica, rappresentata soprattutto daorganismioligotrofi, a causa della bassa concentrazione di nutrienti.
L'analisi microbiologica di un'acqua, tuttavia, più che alla ricerca dei patogeni, tende a rilevare microrganismi che sono definiti "indicatori d'inquinamento fecale", che albergano nell'intestino 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.[120]
I principali organismi indicatori ricercati nelle acque sono:
Nelle acque destinate al consumo umano, si esegue anche il conteggio dellecolonie a 22°C.
Nelleacque 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 nell'acqua 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.
L'acqua compie un ciclo continuo (il cosiddettociclo dell'acqua o ciclo idrologico), consistente nel continuo scambio di acqua nell'idrosfera tra l'atmosfera, ilsuolo, le acque di superficie, le acque profonde e gli esseri viventi. Grazie all'evaporazione delle acque superficiali per effetto dell'irraggiamentosolare ed allatraspirazione dellepiante, si formano lenubi negli strati più freddi dell'atmosfera. Queste vengono trasportate daiventi ed al variare di temperatura e/o pressione, ritornano alsuolo 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, innatura praticamente non esistono acque pure.
L'acqua è associata alla formazione delle stalattiti
Leacque sotterranee, alimentate dall'infiltrazione delle acque meteoriche, da cui il terreno filtra le sostanze insospensione, sonoacque minerali. A volte le acque sotterranee fuoriescono spontaneamente diventandoacque sorgive (notevolmente pregiate per l'uso potabile per la mancanza di organismi patogeni, ma spesso la qualità viene minacciata daerbicidi epesticidi, che sono estremamente dannosi per la salute).
CaCO3[insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2[solubile]
MgCO3[insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Mg(HCO3)2[solubile]
Se la concentrazione del diossido di carbonio è elevata, la quantità di roccia dissolta è elevata e si possono formare dellegrotte; tale fenomeno inItalia è chiamatocarsismo (dalla regione delCarso, 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 l'eliminazione dell'anidride carbonica, si ha quindi la formazione distalattiti estalagmiti.
L'acqua dolce rappresenta solo il 2,5% del volume totale presente sullaTerra[125] e per più dei2⁄3 si trova in pochi ghiacciai, in particolare nell'Antartide e inGroenlandia, i quali sono quindi la principale riserva di acqua dolce nel nostro pianeta.[126]
La fusione dei ghiacciai a causa dell'effetto serra e dell'aumento delletemperature ha un forte impatto ambientale, sia per l'innalzamento del livello dei mari ma anche per la scomparsa di questa riserva. Durante la fusione dei ghiacci, infatti, l'acqua dolce si mescola a quella salata del mare, divenendo inutilizzabile dall'uomo.
Un ulteriore 30% di acqua dolce si trova in riserve sotterranee e solo meno dell'1% dell'acqua dolce si trova in laghi, fiumi o bacini ed è quindi facilmente accessibile.[127]In uno studio pubblicato nel1996 dalla rivistaScience[128] si stimava che:
ilciclo dell'acqua genera un totale di acqua dolce rinnovabile pari a circa110 300 km3/anno;
circa69 600 km3/anno delle precipitazioni evapora a sua volta (ma consente la vita di forme importanti di vegetazione, quali le foreste, non irrigate dall'uomo);
rimangono circa40 700 km3/anno, che ritornano nei mari e negli oceani; di tale acqua:
7 774 km3/anno sono in zone di difficile accesso e, in pratica, non utilizzate (circa il 95% delRio delle Amazzoni, metà delCongo, buona parte dei fiumi nelle terre più settentrionali);
29 600 km3/anno finiscono in mare senza essere utilizzati mediante dighe;
12 500 km3/anno possono essere utilizzati dall'uomo; di questi:
4 430 km3/anno vengono direttamente utilizzati nell'agricoltura (2880km3/anno), nell'industria (975km3/anno) e nellecittà (300km3/anno); il dato comprende, peraltro, anche la perdita diriserve perevaporazione (275);
2 350 km3/anno vengono utilizzati "così come sono", ad esempio per navigazione, pesca e parchi;
la costruzione di dighe può aumentare di circa il 10% la disponibilità di acqua dolce utilizzabile dall'uomo nel2025, ma si prevede che per quel tempo la popolazione potrebbe aumentare di circa il 45%;
l'aumento stimato dell'acqua disponibile può inoltre risultare ottimistico, a causa del crescenteinquinamento e delriscaldamento globale.
L'acqua è anche un elemento fondamentale di controllo dellameteorologia e delclima terrestre. Il vapore acqueo presente nell'atmosfera può, sotto determinate circostanze, subire dei processi di accrescimento (coalescenza) portando alla formazione dinuvole, e, raggiungendo la saturazione, allapioggia o ad altre forme diprecipitazioni atmosferiche. Grazie a questi eventi l'acqua può ridistribuirsi sul territorio, venendo anche accumulata neighiacciai polari o in quelli presenti ad elevate altitudini. L'abbondanza o meno di precipitazioni acquose nelle varie aree geografiche ne stabilisce il clima, da estremi diaridità fino alleforeste tropicali, e di conseguenza la biodiversità e le risorse.
Essendo l'acqua un bene irrinunciabile per la vita, la proprietà e la gestione dell'acqua, delle infrastrutture e dei servizi idrici è oggetto di questioni di diritto e di politica.
L'acqua nella storia della civiltà e nelle religioni
I grandi bacini fluviali costituivano un'opportunità per la maggiorfertilità del suolo e per la facilità deitrasporti, ma determinavano un'organizzazione sociale più complessa necessaria per gestire i conflitti per le risorse e per affrontare la costruzione e manutenzione di imponenti sistemi diirrigazione e di protezione dallealluvioni.
Minore, ma tutt'altro che trascurabile, fu anche l'importanza dei mari interni, soprattutto ilmar Mediterraneo, che facilitavano icommerci e i contatticulturali fra popoli lontani, con la formazione di civiltà prevalentemente dedicate al commercio (anzitutto iFenici).[131]
L'importanza dell'acqua è riconosciuta nellereligioni e neisistemi filosofici sin dai tempiantichi.[132] Molte religioni veneranodei legati all'acqua o i corsi d'acqua stessi (ad esempio, ilGange è una dea per l'induismo).[133] Ancora,semidivinità particolari, chiamateNinfe, sono posti nella mitologia greca a guardia di particolari fonti d'acqua.[134] L'acqua, poi, fu considerata un elemento primigenio presso molti popoli, anche molto lontani fra loro; ad esempio inCina venne identificata con il caos, da cui ha avuto origine l'universo, mentre nellaGenesi compare già nel secondo versetto, prima della luce e delle terre emerse. Anche il filosofo grecoTalete associò l'acqua all'origine di tutte le cose e asserì che la sua scorrevolezza è in grado di spiegare anche i mutamenti delle cose stesse.[135] Anche inPolinesia l'acqua venne considerata la materia prima fondamentale.
Con lo sviluppo dei primi sistemi filosofici, l'acqua venne affiancata da pochi altrielementi 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: l'acqua, appunto, il fuoco, la terra e l'aria (o il legno) ed eventualmente unaquinta essenza. Così ad esempio in oriente iltaoismo cinese include l'acqua fra i suoi cinque elementi con terra, fuoco, legno e metallo.[136] In Occidente ancheEmpedocle (492 a.C. circa –430 a.C. circa) annoverò l'acqua fra iquattro elementi fondamentali, ai qualiPlatone nelTimeo aggiunse l'etere. Lo stessoAristotele (384 a.C. -322 a.C.) sosteneva che la materia fosse formata dall'interazione dei quattro elementi citati da Empedocle.
L'albero della vita nellaQabbalah, in cui è inclusa laSefirahChessed, associata all'acqua.
L'indispensabilità dell'acqua per il fiorire dellavita colpì molte civiltà. Ad esempio, nella lingua sumera "a" significa sia "acqua" sia "generazione". Nella maggior parte dellereligioni, quindi, l'acqua è diventata un simbolo di rinnovamento e perciò di benedizione divina.[137] Essa compare logicamente nei riti di "purificazione" e dirinascita di molticulti, ad esempio nei riti di immersione delbattesimo cristiano e nelleabluzioni dell'ebraismo e dell'islam. Anche nelloscintoismo l'acqua è usata nei rituali di purificazione di persone o luoghi.[138]
La tradizione sapienzalemisticaebraica dellaCabala ebraica individua nell'acqua il simbolo dellaSefirahChessed indicante la qualità divina dellaMisericordia, della gentilezza e della grandezza; molti i riferimenti dellaTōrāh all'acqua, anche suo simbolo. Secondo l'esegesi ebraica lo stesso termine "Ebreo", inebraicoYivrì, significa "colui che viene da oltre il fiume" ed è presente nellaBibbia ebraica, usato per la prima volta riguardo adAbramo. Il termine ebraico che traduce la parola "acqua",maim, se associato al termineesh, "fuoco", forma la parolashamaim che significa "cielo": si ritiene infatti che i cieli presentino l'unione di acqua e fuoco.[senzafonte]
Mircea Eliade ha studiato analiticamente i miti acquatici nelle varie religioni: "Le acque simboleggiano la totalità delle virtualità". Eliade ha considerato:
gli animali ed emblemi acquatici (dragoni, delfini, serpenti, conchiglie, pesci, ecc., che regolano la fecondità del mondo e hanno la forza sacra dell'abisso);
L'attribuzione all'acqua di caratteristiche negative è molto più rara e recente. NelXVI secolo, durante l'epidemia della peste, si pensò che l'acqua favorisse ilcontagio, "aprendo" ipori della pelle attraverso cui si sarebbero infiltrati i presunti agenti patogeni, chiamatiseminaria, per cui si riteneva che il lavaggio del corpo indebolisse l'organismo, ed era pertanto sconsigliato.[140]
Taglio ad acqua nel quale si utilizza un getto potente d'acqua per tagliare con alta precisione superfici più o meno spesse di vari materiali
Sebbene l'acqua 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 dell'utilizzo a cui l'acqua è destinata.
L'acqua può subire diversitrattamenti per la rimozione diinquinanti e per la correzione di alcunecaratteristiche chimico-fisiche; laprogettazione di impianti di trattamento richiede delleanalisi preliminari dell'acqua grezza che possano esprimere con chiarezza tutte lesostanze in essa contenute (le cui concentrazioni sono solitamente espresse con unità di misura inppm oppb) e determinare le sue caratteristichemicrobiologiche.
Iltrattamento delle acque reflue prevede una serie dioperazioni di tipo chimico-fisico e biologico, suddivise intrattamento primario,[142]trattamento secondario etrattamento terziario, oltre ad una serie di operazioni specifiche per il trattamento deifanghi.[143][144] I refluidepurati sono generalmente riversati in acque superficiali e in Italia devono rispettare i valori limiti di emissione stabiliti daldecreto legislativo n.152/2006,[145] in relazione agli obiettivi di qualità dei corpi idrici riceventi. Lo scarico di undepuratore, infatti, non deve contenere sostanze inquinanti in concentrazioni tali da interferire con la naturale capacità autodepurativa del corpo idrico[146] né compromettere la vitalità e labiodiversità dellecomunità biotiche degli ecosistemi acquatici. I reflui depurati, dopo aver subito un idoneo trattamento terziario, comprensivo difiltrazione susabbia,adsorbimento sucarboni attivi,disinfezione conraggi ultravioletti,biossido di cloro, o altriossidanti, possono essere riutilizzati soprattutto per unuso irriguo oindustriale.
Il trattamento per le acque marine consiste principalmente nell'operazione didissalazione.[147]
Impianto di potabilizzazione delle acque
Itrattamenti per la potabilizzazione si applicano ad acque superficiali naturali, o provenienti da invasi artificiali, con lo scopo di ottenere acque idonee all'uso umano, che rispettino le norme di qualità stabilite in Italia dal decreto legislativo n.31/2001;[148] questi trattamenti comprendono le operazioni di:[149]
Naturalmente non tutte le operazioni elencate sono applicate contemporaneamente, ma queste potranno essere assemblate in schemi diversi, secondo il grado d'inquinamento dell'acqua grezza.Ad esempio, un'acqua poco inquinata potrà subire un trattamento più semplice, consistente in una filtrazione su sabbia seguita da disinfezione.Un'acqua 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.
L'acqua è solo seconda come capacità termica molare specifica rispetto a qualsiasi sostanza nota, subito dopo l'ammoniaca. Per questa sua caratteristica, viene molto usata come mezzo di trasporto ed accumulo del calore.L'acqua è usata in numerosi processi ed apparecchiatureindustriali, quali ad esempio ilmotore a vapore, igeneratori di vapore, gliscambiatori di calore ed iradiatori, nonché nei processi dell'industria chimica. Infatti, grazie alle sue proprietà chimiche, l'acqua costituisce l'ambiente di reazione e dissoluzione di molte sostanze, e, per le sue caratteristiche termiche, è un ottimo fluido trasportatore di calore. Inoltre l'acqua viene impiegata per la produzione di energia nellecentrali idroelettriche. Il vapore acqueo è utilizzato per alcuni processi nell'industria chimica. Un esempio è la produzione di acido acrilico[150][151]. Il possibile effetto dell'acqua in queste reazioni include l'interazione fisico-chimica dell'acqua con il catalizzatore e la reazione chimica dell'acqua con gli intermedi di reazione.
Il fabbisogno d'acqua dell'industria viene soddisfatto con prelievi di acque di origine superficiale (dal ridotto contenuto salino ed un basso tenore in ossigeno a causa dell'inquinamento), 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 all'acqua di mare.
Si effettuano perciò trattamenti di natura meccanica, fisica o chimica, in relazione allo stato ed alle dimensioni dei contaminanti, per rendere l'acqua utilizzabile nei processi industriali[152].
I trattamenti per le acque industriali sono molteplici, e comprendono le operazioni di:[153]
Una forma diinquinamento è rappresentata dallo scarico nell'ambiente di acque residue di processi industriali non opportunamente trattate (inquinamento chimico) o di acque di raffreddamento (inquinamento termico).[163]
Anaglifo della molecola dell'acqua. Per una corretta visualizzazione, indossare gli occhialini con lenti blu e rosse.
Modello 3D Cross-Eyed della molecola dell'acqua. Per una corretta visualizzazione, indossare gli occhiali adatti o incrociare gli occhi fino a vedere tre figure e guardare quella centrale
↑Il nome sistematico IUPAC dell'acqua dovrebbe essere "monossido di diidrogeno", o anche "idrossido di idrogeno" o "acido ossidrilico", se si vuole enfatizzare il comportamento basico o acido. Tali nomi però non sono mai entrati in uso, se non inparodie del linguaggio dei chimici o in scherzi; si veda ad esempio labeffa del monossido di diidrogeno. La stessa IUPAC raccomanda l'uso dei nomi "water", "acqua", e "oxidane" ( G. J.et al. Leigh,Principles of chemical nomenclature: a guide to IUPAC recommendations (PDF), Blackwell Science Ltd, UK, 1998, p.34,ISBN0-86542-685-6.).
↑In generale si parla di "temperatura di congelamento" e non di "0°C". Infatti il valore della temperatura di congelamento dipende dalla pressione, ed è pari a 0°C solo apressione atmosferica.
↑(EN) S. M. Pershin,OH-Group vibration spectrum of metastable hydrogen-bound states of liquid water, inPhysics of Wave Phenomena, vol.11, n.2, 2003, pp.89–95. ISSN 1541-308X.
↑Fermi restando i dubbi precedentemente espressi su quali siano i reali tempi di correlazione dell'acqua e sul fatto che esista un solo tempo di correlazione o ne coesistano diversi.
↑(EN) J. C. I. Dooge,Integrated management of water resources, inE. Ehlers, T. Krafft.Understanding the Earth System: compartments, processes, and interactions, Springer, 2001, p.116.
↑(EN) G. Laughlin, P. Bodenheimer, F. C. Adams,The end of the main sequence, inThe Astrophysical Journal, vol.482, 1997, pp.420–432.URL consultato il 14 agosto 2009.
Carlo Collivignarelli, Sabrina Sorlini,Potabilizzazione delle acque. Processi e tecnologie, Dario Flaccovio Editore, 2009,ISBN88-7758-856-X.
Carla Contardi, M. Gay, A. Ghisotti, Guido Robasto, Guido Tabasso,Guida tecnica sui trattamenti delle acque. Tecniche di trattamento dei reflui, sistemi di depurazione e di smaltimento, 2ªed., Edizioni Franco Angeli, 1991,ISBN88-204-6582-5.
.svg)
_white.png)
.jpg)
_2.svg)
