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SCOPERTE/ Per capire che forma ha l’acqua non basta guardare il contenitore

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Alcuni scienziati hanno studiato la forma dell'acqua  Alcuni scienziati hanno studiato la forma dell'acqua

Forse a causa dell'importanza dell’acqua nella nostra vita, essa è una delle sostanze più studiate, sia come molecola isolata che come sostanza sotto forma di vapore, liquido o solido. Tuttavia, nonostante l’ormai estesissima letteratura scientifica, la ricerca sull’acqua rimane ad oggi molto attiva, il che può essere considerato un tributo sia alla sua importanza che alla difficoltà nel capirne il comportamento. La molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno e da due atomi di idrogeno, i tre atomi essendo legati insieme da un “collante” di elettroni noto in chimica come legame covalente. Si tratta di una molecola a forma di V, che è dotata di una distribuzione di carica peculiare: la molecola risulta carica positivamente in prossimità degli atomi di idrogeno (i due estremi della V), negativamente intorno all’atomo di ossigeno (il vertice della V). A causa di questa polarità elettrostatica, caratteristica della propria costituzione, le molecole d’acqua hanno una forte interazione reciproca, formando tra loro “legami a idrogeno”.

 

Tali legami sono relativamente forti, essendo caratterizzati da un’energia all’incirca 10 volte superiore all’energia termica disponibile a temperatura ambiente. Il legame a idrogeno è la ragione che sta dietro a molte delle proprietà che caratterizzano l’acqua, come il fatto che essa è più densa nel suo stato liquido che in quello solido: il ghiaccio galleggia sull’acqua. Di fatto, grazie a questo legame, viene a formarsi all’interno di una massa di acqua liquida, una struttura spaziale delle molecole più o meno regolare, che ricorda quella di un solido (anche se non regolare come in un cristallo), che però è temporanea, con un tempo di vita che è dell’ordine del picosecondo (ps: 1 ps = 1 millesimo di miliardesimo di secondo). Si parla in questo contesto di rilassamento della struttura liquida, circostanza che può essere messa in evidenza da opportuni esperimenti spettroscopici, in grado di rivelare la natura transiente del fenomeno. L’importanza di queste strutture transienti cresce al diminuire della temperatura, quando il legame a idrogeno diventa sempre più forte rispetto al moto di agitazione termica delle molecole.

 

In particolare queste strutture hanno una grande importanza nel liquido sottoraffreddato, portato cioè al di sotto della temperatura di congelamento, dove possono lasciare impronte caratteristiche che il nostro lavoro al Laboratorio Europeo di Spettroscopie Nonlineari (LENS) dell’Università di Firenze (oltre all’autore: Andrea Taschin, Paolo Bartolini, Roberto Righini del Dipartimento di Chimica di Firenze, Renato Torre del Dipartimento di Fisica e Astronomia di Firenze, ndr) è riuscito a rendere evidenti. I risultati sono riportati nell’articolo “Evidence of two distinct local structures of water from ambient to supercooled conditions” (Nature Communications, 13 settembre 2013).



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