L`approfondimento didattico

EDUCATIONAL BOX – TEMA ACQUA
PRESENTAZIONE DIDATTICA
Scuola secondaria 1° grado
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
L'acqua
L'acqua è senza dubbio la risorsa più importante della Terra. Occupa
il 70% della sua superficie costituendo mari, oceani, fiumi, laghi
ghiacciai e nevai. È presente in molti minerali, nell'atmosfera (vapore
acqueo) e negli organismi viventi dei quali è il costituente principale.
Essa svolge un ruolo essenziale per la vita ed è quindi importante
conoscere alcune caratteristiche fisiche e chimiche.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
L'acqua
Il ciclo dell'acqua è costituito da un insieme di trasformazioni che l'acqua
subisce passando da uno stato all'altro. Il motore d questo sistema è il
sole che innesca il processo con il calore.
Prima di parlare dei cambiamento di stato ci pare importante
soffermarci sulla struttura molecolare dell'acqua per comprendere
e spiegare le modifiche che avvengono nel passaggio da uno stato
all’altro.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
La molecola acqua
Il legame tra gli atomi
La molecola dell'acqua è formata da due atomi
di H (idrogeno) e uno di O (ossigeno), H2O.
Gli atomi sono legati fra loro tramite forze
dette “legami”: possiamo immaginarli come dei
fili immaginari che tengono legati i due atomi di
H all'O. La disposizione degli atomi nello
spazio ricorda una V con un angolo di 104,5°.
H
+
O
Angolo di
104,5°
H+
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
La molecola acqua
Il legame tra gli atomi
Il legame che si instaura tra l'atomo di O e quello di- H si chiama covalente.
Il legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in
comune delle coppie di elettroni. In questo modo gli atomi tendono al
ottenere una maggiore stabilità della loro configurazione elettronica.
O è un atomo con un’eletronegatività maggiore rispetto all'H, cioè ha una
maggiore capacità di attrarre a se gli elettroni, per cui il risultato è che il
primo risulta leggermente negativo e il secondo positivo.
Una molecola che presenta questo squilibrio di cariche elettriche è detta
essere un dipolo elettrico e il legame è di tipo covalente eteropolare.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
La molecola acqua
Il legame tra molecole
Ossigeno
Idrogeno
Disposizione delle molecole
dell'acqua allo stato liquido
Disposizione delle molecole
dell'acqua allo stato solido
L'acqua solidificando aumenta di volume; ciò è dovuto al
fatto che le molecole si dispongono stabilmente in un reticolo di
cristalli secondo una struttura geometrica esagonale, nella quale gli
spazi fra molecola e molecola sono maggiori di circa l’8,7% rispetto a
quelli tra le molecole allo stato liquido.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 1/6
Le eccezionali proprietà chimico-fisiche dell'acqua sono legate alla sua
polarità elettrica e alla possibilità di formare legami a idrogeno
intermolecolari che sono dovuti ad una interazione elettrostatica tra
atomi di ossigeno e atomi di idrogeno di molecole di acqua vicine tra
loro. Si creano cioè legami parziali tra atomi di ossigeno e di idrogeno
di molecole diverse.
Le conseguenze sono: da una parte l'allentamento dei legami esistenti,
dall'altra la formazione dinamica (che si modifica cioè continuamente)
di agglomerati di molecole di acqua che giustificano l'alto punto di
ebollizione. È come se si trattasse non di singole molecole di acqua ma
di un "polimero" con più alto peso molecolare.
Questo fenomeno giustifica l’alto punto di ebollizione dell’acqua.
Poiché le sue molecole sono polari è un solvente eccellente per sali e
molecole che presentano legami polari (soluzioni).
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 2/6
Pur essendo formata da
molecole semplici,
possiede una stabilità
chimica e un punto di
ebollizione
sorprendentemente
elevati.
Il punto di ebollizione (p.e.) di
una sostanza è legato
generalmente al suo peso
molecolare; vengono qui
riportati, a titolo indicativo,
alcune sostanze con i
relativi pesi molecolari e i
punti di ebollizione a
pressione atmosferica.
È evidente l'anomalia dell'acqua
che, con un peso
molecolare basso, ha un
punto di ebollizione molto
elevato.
Nome
p.e.
metano
16
-161,5
ammoniaca
17
-33,4
acqua
18
100,0
etano
30
-88,6
propano
44
-42,1
butano
58
-0,5
Diossido di
zolfo
64
-10,0
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 3/6
Poiché le sue molecole sono polari
è un solvente eccellente
per sali e molecole che presentano
legami polari.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 4/6
L'acqua a temperatura ambiente è un liquido.
Ogni passaggio da uno stato ad un altro comporta una variazione energetica E,
che può essere positiva (processo esotermico), con sviluppo di calore o
negativa (processo endotermico), con assorbimento di calore.
In un ciclo completo di trasformazioni il bilancio energetico, per una data
quantità di acqua, è nullo.
passaggio
Processo
E (cal/mole)
S-L
fusione
-80
S-G
sublimazione
-680
L-G
evaporazione
-600
G-L
condensazione
600
G-S
sublimazione
680
L-S
solidificazione
80
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 5/6
Nel nostro pianeta la vita ebbe origine nell'oceano e ciò ha
improntato la chimica degli esseri viventi.
L'acqua è infatti la molecola più comune sia negli organismi sia
nell'ambiente (capacità dei comparti dell'acqua); costituisce il
70% della massa cellulare ed è utilizzata dagli organismi sia
per tenere in soluzione entro le cellule molte molecole in
modo che possano reagire in processi metabolici (l’acqua nei
metabolismi), sia per trasportare molecole da una cellula
all'altra (biochimica del ciclo del carbonio).
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Proprietà fisiche - chimiche
dell'acqua 6/6
Possiede proprietà fisiche interessanti per la
termostatazione dell'ambiente, dato che
una notevole quantità di calore è coinvolta
nei passaggi di stato.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Il peso specifico
IL PESO SPECIFICO di una sostanza è il peso di un suo cm ³.
Non è corretto dire che il ferro è più pesante del ghiaccio perché
dipende dalla quantità, si deve dire invece che il peso specifico del
ferro è maggiore di quello del ghiaccio, che significa che 1 cm³ di
ferro pesa di più di 1 cm³ di ghiaccio.
FERRO = 1 cm³ PESA 7,8 g
PS FERRO 7,8 g
ACQUA = 1 cm³ PESA 1 g
PS ACQUA 1 g
GHIACCIO = 1 cm³ PESA 0,9 g
PS GHIACCIO 0,9 g
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Il fluido acqua
“Tagliare l’acqua con il coltello” o “fare un buco nell’acqua”
significano imprese impossibili.
I liquidi, non possedendo forma propria, non oppongono
resistenza a forze di taglio o di torsione, che tendono ad
alterare la forma senza modificare il volume.
L’esperienza inoltre dimostra che i liquidi non sono ugualmente
liquidi: l’acqua è meno liquida (o più densa), cioè più
vischiosa dell’alcool, ma più fluida (meno densa) del latte,
del miele, della cera e del bitume, quest’ultimo tanto
vischioso da sembrare solido.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
La densità
In generale, se un corpo è omogeneo, la sua massa aumenta
all'aumentare del volume.
Se prendiamo però due corpi costituiti da materiali diversi, può avvenire
che il corpo più piccolo abbia una massa maggiore di quella del corpo
più grande.
La densità assoluta ci dice quanta massa è contenuta in un certo volume
ed è una caratteristica della sostanza di cui è costituito il corpo che
prendiamo in esame. La densità assoluta è definita come il rapporto
tra la massa del corpo e il suo volume: d=m/v
In generale la densità assoluta dei solidi è maggiore della densità dei
liquidi che a sua volta è maggiore della densità dei gas ma esiste
un'importante eccezione, l'acqua: il ghiaccio (solido) galleggia
sull'acqua (liquida) perché la sua densità è minore di quella
dell'acqua.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
La pressione idrostatica
La Pressione Idrostatica è il peso dell'acqua
che agisce su un corpo in essa immerso.
Agisce in tutte le direzioni (non solo dall'alto verso il
basso ma anche il contrario, da destra verso
sinistra e viceversa, ecc.).
Aumenta con la profondità perché è maggiore il peso
dell'acqua che preme su un corpo immerso: su di
esso infatti si ha una colonna d'acqua più alta e
quindi il peso dell'acqua è maggiore.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Il principio di Archimede
Il Principio di Archimede viene formulato così:
Un corpo immerso in un liquido subisce
una spinta dal basso verso l’alto
che è uguale al peso del liquido spostato.
In sintesi:
La spinta di Archimede cresce al crescere del peso specifico del
liquido in cui il corpo è immerso;
La spinta di Archimede cresce al crescere del volume del corpo
immerso.
La formula che ci permette di calcolare la spinta è:
S = Ps x V
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Ciclo antropico
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Ciclo antropico
Potabilizzazione - fasi

Captazione: l’acqua viene trasportata
al potabilizzatore tramite
canali e condotte …

Sedimentazione: l’acqua viene raccolta in grandi vasche rotonde: i
materiali più grossi e pesanti cadono spontaneamente sul fondo della
vasca.

Flocculazione: le argille e le altre particelle presenti nell’acqua,
grazie ad un reagente chimico, formano “fiocchi” che essendo più
pesanti sedimentano sul fondo della vasca
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Ciclo antropico
Potabilizzazione - fasi

Filtrazione: dall’acqua vengono poi eliminate le particelle più piccole
ed i residui della flocculazione, facendola passare attraverso filtri a
sabbia e a carbone attivo

Disinfezione: il trattamento finale, rimuove completamente i
microrganismi patogeni, eliminando il rischio di infezioni utilizzando il
cloro come disinfettante.
A questo punto l'acqua viene convogliata in serbatoi di raccolta,
per essere infine immessa nelle reti di distribuzione.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Ciclo antropico
… così l’acqua pulita è
pronta per uscire dai
nostri rubinetti ed essere
utilizzata …
… ma utilizzando l’acqua
quotidianamente
la sporchiamo di nuovo!
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it
Ciclo antropico
Depuratore - fasi
Grigliatura: l’acqua sporca arriva al depuratore, viene
sollevata e fatta passare attraverso una griglia di ferro: in
questo modo si elimina lo sporco più “grossolano”.
Dissabbiature e disoleatura: le acque vengono lasciate
“riposare”: le sabbie e il terriccio (più pesanti) cadono al
fondo; i materiali oleosi (più leggeri) galleggiano in superfici.
Ossidazione biologica: microorganismi che si cibano
delle sostanze organiche inquinanti si trovano all’interno
dell’acqua sporca e ottengono una “carica di energia”
dall’ossigeno, che viene soffiato nelle vasche.
Smaltimento dei fanghi: i fanghi, tolti dall’acqua durante
la depurazione, vengono raccolti e successivamente smaltiti in
discarica.
A questo punto l'acqua pulita viene reimmessa nell'ambiente.
EDUCATIONAL BOX ACQUA – Secondaria 1° grado – http://ragazzi.gruppohera.it