Semplici esperimenti sull'acqua

L'acqua non ha ne forma ne volume

L’acqua è un liquido, cioè si presenta in uno stato di aggregazione tale in cui le particelle possono muoversi, anche se non sono totalmente libere, ma risentono di una reciproca influenza.Esse sono in costante movimento, rimbalzano l’una sull’altra e formando talvolta piccoli ammassi, che si disgregano e si riformano in continuazione. I solidi hanno una forma e un volume propri, mentre i liquidi non hanno forma propria, ma possiedono un volume definito abbiamo verificato questo ponendo lo stesso volume di liquido in recipienti diversi:

IL LIQUIDO ASSUME LA FORMA DEL RECIPIENTE!

Studio delle caratteristiche chimico fisiche dell'acqua

PROBLEMA:

Come si comporta la temperatura durante la fusione del ghiaccio? Durante l’ebollizione?

MATERIALE OCCORRENTE Becher - Ghiaccio -Termometro Fornellino -Orologio conta secondi

PROCEDIMENTO: Abbiamo preso dell’acqua, l’abbiamo messa in un becher fino a 100 ml e abbiamo aggiunto alcuni cubetti di ghiaccio. Abbiamo iniziato a misurare la temperatura in un tempo 0 e abbiamo riportato i valori nella tabella seguente.

OSSERVAZIONI E RIFLESSIONI: Dopo 3 minuti il ghiaccio in basso si è sciolto. Dopo 4 minuti il ghiaccio si è quasi sciolto tutto. Dopo 5 minuti il ghiaccio si è sciolto completamente. Dopo 6 minuti l’acqua inizia a fare le bollicine e raggiunge la temperatura di 53°c, dopo 9 minuti le bollicine aumentano e si portano velocemente nella parte superficiale del liquido da cui si staccano e si disperdono nell’aria. Dopo 10 minuti l’acqua comincia a bollire. Dopo 11 minuti l’acqua bolle, cioè tutto quanto il liquido è in rimescolamento. La temperatura come si vede dalla tabella, continua a salire fino al momento dell’ebollizione. Da questo momento in poi, la temperatura misura 99°c ,e, rimane costante per tutto il periodo dell’ebollizione. L’acqua inizia a bollire quando la pressione interna del liquido supera la pressione esterna. Alla nostra altitudine, abbiamo verificato che l’acqua bolle ad una temperatura di 99°c. Abbiamo continuato la prova sperimentale verificando il FENOMENO DI CONDENSAZIONE. Mettendo un oggetto freddo, sopra il vapore che l’acqua forma, nel momento dell’ebollizione, si vede che sulla superficie di questo si riformano gocce di liquido. Abbiamo assistito al processo inverso all’evaporazione ossia il fenomeno della condensazione.

Temperatura dell’acqua in °c

0

13

19

25

32

39

53

66

76

86

94

98

99

99

Tempo in minuti

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

  Comportamento delle molecole di acqua

MATERIALE OCCORRENTE:un becher, acqua, colorante.

PROCEDIMENTO:abbiamo messo nel becher pieno d’acqua qualche goccia di colorante e abbiamo atteso qualche minuto.

OSSERVAZIONI:all’inizio il colorante rimane in superficie ma, piano piano, si diffonde in tutto il becher.Questa è la dimostrazione che le molecole di colorante, piano piano, riescono a farsi strada tra le molecole di acqua. Dal momento che, in un liquido le forze di attrazione tra una particella e l’altra sono più deboli che nei solidi, si può avere il mescolamento. Ritornando a quanto detto sulla struttura chimica della molecola di acqua, si può aggiungere che, la caratteristica di molecola polare, favorisce l’acqua nel legame con altre sostanze e le conferisce un “potere solvente” notevole.

 La tensione superficiale

MATERIALE OCCORRENTE:un becker con dell’acqua,una lametta da barba,un ago.

PROCEDIMENTO:abbiamo riempito un becker con dell’acqua; disponiamo sull’acqua con molta attenzione, prima una lametta da barba poi un ago, cercando di metterli di piatto.

OSSERVAZIONI:l’ago e la lametta galleggiano.

             

Il galleggiamento nell’acqua è consentito poiché, in superficie, le molecole di acqua si distribuiscono in modo da formare un sottile strato di particelle più strettamente connesse l’una all’altra. Se un corpo viene adagiato lentamente in modo da non rompere questi legami, riesce a galleggiare. Ancora una volta per spiegare questa proprietà dobbiamo ricordare la presenza di “legami ad idrogeno” nelle molecole di acqua, i quali sono tanto più intensi quanto più il liquido è a contatto con una superficie esterna.Pensiamo alle gocce di pioggia, riescono proprio a mantenere la forma sferica grazie a queste forze di tensione superficiale che si oppongono alla deformazione del liquido.     

I liquidi non si comprimono

MATERIALE OCCORRENTE:acqua,siringhe senz’ago.

PROCEDIMENTO:abbiamo messo un po’ d’acqua nella siringa, abbiamo tappato il buco dove andrebbe messo l’ago ed abbiamo provato a spingere lo stantuffo.

OSSERVAZIONI:lo stantuffo scende fino a che non è esaurita l’aria nella siringa, ma poi una volta raggiunto il livello del liquido non si può scendere ulteriormente, questo vuol dire che l’acqua non si può comprimere.

Cioè le molecole di acqua stabiliscono tra loro dei legami che costringono le particelle a mantenersi ad una certa distanza.Anche se viene fatta pressione le molecole non si possono comprimere più di tanto, poiché le “forze di intereazione” tra una particella e l’altra non lo consentono, dato che esercitano forze di repulsione a seguito della particolare struttura chimica della molecola di acqua (formazioni di dipoli).

Il ghiaccio galleggia sull’acqua.

Questa e’ la conseguenza del fatto che l’acqua aumenta di volume allo stato solido e che il ghiaccio ha un peso specifico minore dell’acqua e, pertanto, galleggia. Abbiamo cercato di spiegarci il perché di questo e abbiamo scoperto che il fenomeno è legato alla struttura chimica della molecola di acqua. Durante la solidificazione, si stabilisce un preciso reticolo cristallino, nel quale ogni molecola è collegata da “legami ad idrogeno” con altre quattro, realizzando in tal modo una simmetria esagonale tipica, per esempio, nei cristalli di neve. Con questa struttura tra le molecole si formano ampi spazi vuoti che rendono la struttura del ghiaccio meno densa di quella dell’acqua liquida; così la densità del ghiaccio a 0°C è di 0,92g/cm cubi, mentre quella dell’acqua è di 0,99g/cm cubi, pertanto il ghiaccio, più leggero, può galleggiare sull’acqua. Abbiamo inoltre scoperto che quando la temperatura aumenta, i legami a idrogeno, che formano la struttura cristallina, tendono ad indebolirsi fino a rompersi del tutto, determinando il passaggio dall’acqua solida a liquida. 

Tuttavia questa rottura non è violenta, ma tali legami s’indeboliscono lentamente piegandosi senza rompersi, passando in uno stadio, precedente la rottura, in cui riescono ad attrarre ancora più molecole di acqua di quelle dello stato cristallino. E’ stato verificato che la vicinanza tra atomi di ossigeno ed idrogeno è massima alla temperatura di 4° c, alla quale la densità dell’acqua raggiunge il valore di 1g/cm cubo. Se il ghiaccio non galleggiasse, si avrebbero delle terribili conseguenze: scendendo nel fondo delle acque esso si accumulerebbe, estendendosi via via sempre più fino a rendere gelata l’intera massa degli oceani e dei mari, impedendo così la vita.

 L’acqua mantiene la superficie orizzontale

Se noi proviamo a riempire una bottiglia d’acqua e appoggiarla su un tavolo si vede che l’acqua raggiunge un suo determinato livello. Poi se proviamo a mettere inclinata la bottiglia, si vede che l’acqua si mantiene allo stesso livello, ma si dispone su una superficie orizzontale sebbene la bottiglia non lo sia.Abbiamo provato a spiegare questo e, ancora una volta, si è evidenziato che le molecole d’acqua, grazie ai legami di coesione tra di loro, fanno mantenere al liquido la posizione orizzontale, cioè di equilibrio con l’intera massa del liquido.

 L’acqua e il fenomeno di capillarità.

Abbiamo preso una vaschetta e vi abbiamo inserito dei tubicini di diametro diverso. Abbiamo poi introdotto dell’acqua: questa sale dentro i tubicini raggiungendo livelli sempre più alti, via via che i tubicini diventano più stretti. Perché? Tra le molecole di acqua non esistono solo le forze di coesione, ma queste possono anche aderire a qualunque superficie che possiede carica elettrica, da attirare la struttura dipolare della molecola d’acqua. Le forze di coesione (interne all’acqua) sono in antagonismo con le forze di adesione ( tra acqua e superficie esterna).Se aumenta la superficie a disposizione, e, contemporaneamente diminuisce il volume di acqua, le forze di adesione prevalgono su quelle di di coesione, favorendo la risalita dell’acqua nei tubicini.E’ grazie a questo fenomeno che l’acqua diffonde attraverso microspazi del terreno e risale dalle radici fino alle foglie delle piante vincendo la forza di gravità .

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