La struttura chimica dell'acqua, la sostanza più abbondante nelle cellule e negli esseri viventi, determina la formazione di particolari legami tra molecole. E sono proprio questi legami, detti "a idrogeno", che conferiscono all'acqua alcune tipiche proprietà che spiegano fenomeni curiosi. Vediamone alcuni.
1. Perché quando l'acqua bolle si deve abbassare il gas? Perché la temperatura cui bolle l'acqua dipende solo dalla pressione atmosferica (a livello del mare, 100°). Alzare il gas, quindi, serve solo a far evaporare il liquido più in fretta.
2. L'acqua calda sgrassa meglio di quella fredda? Dipende se si usa il sapone o no. Senza sapone, la solubilità dei grassi diminuisce all'aumentare della temperatura. La spiegazione è nel tipo di legame chimico che unisce tra loro le molecole d'acqua (H2O), il cosiddetto "legame a idrogeno". Le molecole di H2O, infatti, hanno una forma a "V" e tendono ad attaccarsi le une alle altre come magnetini, formando una rete capace di "avvolgersi" intorno alle molecole di grasso. Quando l'acqua è più calda, la rete è più distorta e fa più fatica a incorporare le molecole di grasso. Se, però, all'acqua si aggiunge il sapone, è vero il contrario. In questo caso, infatti, le molecole di sapone "avvolgono" quelle di grasso, isolandole. Aumentando la temperatura, le forze di coesione tra le molecole di grasso diminuisce, e l'azione diventa più efficace.
3. perché il ghiaccio galleggia sull'acqua? Normalmente una sostanza è più densa allo stato solido che in quello liquido. Dunque, il ghiaccio dovrebbe affondare. Invece l'acqua, quando solidifica, diventa meno densa e così il ghiaccio galleggia. La causa? I legami a idrogeno che, quando avviene la solidificazione, fanno allineare le molecole in modo tale da essere più distanti le une dalle altre.
4. perché si scivola sul ghiaccio? Spesso si sente dire che il ghiaccio è scivoloso perché sulla sua superficie si forma un sottile strato d'acqua. In realtà, studi recenti mostrano che lo strato "lubrificante" c'è, ma è composto da acqua mischiata a micro-frammenti di ghiaccio che si generano per attrito. Questo strato è particolarmente importante per spiegare le proprietà del pattinaggio su ghiaccio, e si assottiglia con l'abbassarsi della temperatura. Ma consente di pattinare a temperature anche inferiori di -20 °C.
5. Perché l'acqua calda congela prima di quella fredda? Al contrario dell'acqua fredda, quella calda evapora e quindi, dopo un certo tempo, la quantità che deve congelare diminuisce.
Inoltre, l'acqua fredda contiene più gas disciolti, e la presenza di queste sostanze tende a far abbassare la temperatura alla quale inizia il congelamento, rallentando il processo. Infine, in un liquido caldo i movimenti di convezione (dall'alto verso il basso e viceversa) sono maggiori, e questo impedisce che, all'inizio del congelamento, si formi in superficie uno strato sottile di ghiaccio che, nell'acqua fredda, ha l'effetto di isolare termicamente la parte ancora liquida, rallentando l'ulteriore congelamento. Si tratta del cosìdetto effetto Mpemba, dal nome dello studente della Tanzania, Erasto Mpemba, che nel 1963 notò che un impasto per fare il gelato congelava prima se era tiepido.
6. perché l'acqua in bottiglia non scade? L'acqua minerale, se conservata correttamente e al riparo da contaminazioni, non "scade" e rimane sempre potabile, anche se, con il passare del tempo, può perdere alcune caratteristiche e qualità (perdita di anidride carbonica, deposito di sali minerali). Trattandosi di un alimento, e con lo scopo di garantire i consumatori, la legge stabilisce che le sostanze destinate all'alimentazione umana devono essere soggette a un termine massimo di conservazione. Norme di questo tipo sono in vigore in tutti i paesi della Comunità Europea.
7. Perché le gocce d'acqua assumono forma sferica? Si tratta della proprietà dei liquidi chiamata "tensione superficiale". Questa proprietà è la conseguenza dell'azione della forza di coesione fra molecole (che è di natura elettrostatica): mentre le molecole all'interno del liquido sono attratte da tutte le parti da altre molecole, quelle poste sulla superficie sono attratte solo dalle molecole sottostanti, venendo quindi richiamate verso il centro. La goccia assume così una forma sferica. La "tensione superficiale" elevata e la propensione a formare gocce, fa sì che la sua superficie sembri spesso avvolta da una pellicola trasparente, sulla quale alcuni insetti come le zanzare e i gerridi riescono perfino a camminare.
8. perché l'acqua è un liquido unico? La risposta è, come abbiamo accennato all'inizio, nella struttura microscopica in cui le molecole di H2O si legano tra loro per mezzo dei legami a idrogeno. Questi legami, tra l'altro, rendono possibili almeno due geometrie diverse in cui le molecole si possono disporre. In una di queste due forme (la meno densa), ogni molecola di H2O è circondata da altre quattro disposte con una geometria tetraedrica ordinata. Nell'altra, più disordinata e più densa, la struttura tetraedrica è invece molto distorta.
In pratica esisterebbero due "acque", che coesistono nello stesso spazio e che a basse temperature (sotto i -90°C) si separano e galleggiano l'una sull'altra. A temperature più elevate, la distinzione tra le due strutture è meno pronunciata, ma con osservazioni sofisticate i ricercatori riescono a distinguerle. Ed è proprio la competizione tra queste due possibili strutture che spiegherebbe le tante anomalie del fluido più prezioso e abbondante della Terra.
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