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L'acqua nella storia della civiltà e nelle religioni
Nella maggior parte delle religioni all'acqua è stato attribuito nel corso del tempo il significato di rinnovamento, elemento purificatore e di origine vitale, e quindi quello di benedizione di Dio.
Ad esempio, nella lingua sumera "a" significa sia "acqua" sia "generazione"; in Polinesia l'acqua viene considerata la materia prima fondamentale, e in Cina viene identificata con il caos da cui ha avuto origine l'universo.
Il significato purificatore dell'acqua è presente nei riti di immersione del battesimo cristiano ed nei bagni rituali dell'ebraismo e dell'islam. Anche nello scintoismo l'acqua è usata nei rituali di purificazione di persone o luoghi.
All'acqua vengono spesso attribuiti poteri spirituali; molte religioni venerano dei legati all'acqua o i corsi d'acqua stessi (ad esempio, il Gange per l'induismo). Ancora, semidivinità particolari, chiamate Ninfe, sono posti nella mitologia greca a patroni di particolari fonti d'acqua.
Il taoismo cinese la include nei suoi cinque elementi con terra, fuoco, legno e metallo.
L'acqua svolse un ruolo fondamentale nello sviluppo delle più antiche civiltà, tra le quali si ricordano la civiltà egizia, le civiltà mesopotamiche (Babilonesi, Sumeri e Ittiti) e la civiltà dei Fenici, il cui sviluppo fu assicurato dalla presenza dell'acqua (rispettivamente il fiume Nilo, il Tigri e l'Eufrate, e il mare Mediterraneo). L'acqua infatti fu essenziale per lo svolgersi delle attività agricole e attraverso i mari e i fiumi si stabilirono le rotte commerciali, che assicuravano prosperità e benessere a chi ne avesse l'accesso.
Nel 16° secolo, durante l'epidemia della peste, si pensò che l'acqua favorisse il contagio, "aprendo" i pori della pelle attraverso cui si sarebbero infiltrati i presunti agenti patogeni, chiamati seminaria, per cui si riteneva che il lavaggio del corpo indebolisse l'organismo, ed era pertanto sconsigliato.
Fisica e chimica dell'acqua
Cenni storici
Il filosofo greco Talete associò l'acqua all'origine di tutte le cose e asserì che la sua scorrevolezza fosse in grado di spiegare anche i mutamenti delle cose stesse. Successivamente Empedocle (492 a.C. circa – 430 a.C. circa) annoverò l'acqua come uno dei quattro elementi fondamentali, insieme ad aria, terra e fuoco. Lo stesso Aristotele (384 a.C. - 322 a.C.) sosteneva che la materia fosse formata dalla interazione dei quattro elementi citati da Empedocle.
La convinzione che l’acqua fosse un elemento indivisibile si protrasse fino al 1700, quando gli scienziati Lavoisier e Cavendish scoprirono che questa sostanza è formata in realtà da due costituenti: idrogeno e ossigeno.
Nel 1742, Anders Celsius definì la scala di temperatura che prende il suo nome ponendo il punto di fusione dell'acqua (alla normale pressione atmosferica) a 0 gradi ed il punto di ebollizione a 100 gradi.
La prima scomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno (i suoi componenti elementari) fu eseguita nel 1800 dal chimico inglese William Nicholson, tramite il processo di elettrolisi. L'acqua è infatti parzialmente dissociata in ioni H+ e OH-, che migrano verso i due poli della cella elettrolitica dove avvengono le seguenti reazioni:
ossigeno e idrogeno formano bolle di gas sulla superficie degli elettrodi, da cui possono essere raccolti.
Gilbert Newton Lewis ha isolato il primo campione di pura acqua pesante (in cui l'idrogeno è sostituito dal deuterio, suo isotopo) nel 1933.
Una controversia scientifica è nata alla fine degli anni '60 a proposito dell'esistenza di una forma polimerica dell'acqua (la poliacqua). È ormai condivisa l'opinione che tale poliacqua non esiste.
Nel 2007 grazie all'uso di supercomputer e alla meccanica quantistica è stato sviluppato un modello numerico dell'acqua che partendo dai principi quantomeccanici delle molecole ne estrapola il comportamento in modo corretto.
Le forme fisiche dell'acqua
L'acqua è un anfotero, cioè un composto capace di comportarsi sia da acido che da base.
A pH 7 (condizione di neutralità) la concentrazione di ioni idrossido OH- è uguale a quella di ioni idrogeno H+ (o idronio H3O+). Quando questo equilibrio viene alterato, la soluzione diventa acida (maggiore concentrazione di ioni idrogeno) o basica (maggiore concentrazione di ioni idrossido).
Secondo la teoria di Brønsted-Lowry, un acido è una specie chimica capace di donare uno ione H+ ed una base è una specie chimica capace di addizionarlo a sé. 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. Ad esempio, nell'equilibrio:
l'acqua si comporta come base ed un acido le dona il suo ione H+. Invece nella reazione con l'ammoniaca:
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:
Questa reazione è anche nota come autoionizzazione, semi-ionizzazione o autodissociazione dell'acqua, e spiega la natura anfotera dell'acqua.
L'acqua in natura
Classificazione delle acque naturali
L'acqua è stata trovata nelle nubi interstellari della nostra galassia, la Via Lattea. Si presume che l'acqua sia abbondante anche in altre galassie, dato che i suoi componenti elementari, idrogeno e ossigeno, sono tra i più abbondanti elementi dell'universo.
Le nubi interstellari danno origine a nebulose stellari e sistemi solari come il nostro. L'acqua si ritrova quindi nelle comete, nei pianeti e nei loro satelliti. Nel nostro sistema solare, l'acqua liquida è stata trovata sulla Luna.
Sotto forma di ghiaccio, è stata trovata su:
- Marte (ai poli)
- i satelliti di alcuni pianeti, tra cui Titano, Europa, Encelado e Tritone.
Allo stato gassoso (vapore acqueo) è stata trovata su:
- Mercurio (3,4% nell'atmosfera e in alte percentuali nell'esosfera)
- Venere (0,002% nell'atmosfera)
- Marte (0,03% nell'atmosfera)
- Giove (0,0004% nell'atmosfera)
- il satellite Encelado (91% nell'atmosfera)
- gli esopianeti HD 189733 b and HD 209458 b.
La presenza dell'acqua nell'universo viene considerata dall'esobiologia come un fattore chiave per lo sviluppo della vita in pianeti differenti dal nostro. Alla presenza dell'acqua si richiamano infatti molte teorie sull'origine della vita.
Analisi dell'acqua
L'acqua in natura non è mai pura, bensì contiene al suo interno moltissime particelle (grazie alla sua capacità di solvente), la maggior parte delle quali microscopiche; le sostanze contenute sostanzialmente si suddividono in base alla loro dimensione:
- Materiali sospesi: > 0,1 μm
- Materiali dispersi (colloidali): 0,1 ÷ 0,001 μm
- Sostanze disciolte: < 10 Å: gas, anioni, cationi
Grazie alle tecniche della chimica analitica è possibile individuare le particelle disciolte nell'acqua. L'analisi dell'acqua si può pensare come processo continuato:
- Prelevamento (in genere si prelevano 2 campioni rappresentativi)
- Osservazione: sensazioni organolettiche primarie
- Calcolo del pH
- Calcolo della torbidità: metodo fotometrico
- Calcolo del residuo fisso: misurazione del peso a diverse temperature
- Determinazione della conducibilità elettrica
- Determinazione anioni e cationi: metodi complessometrici e/o altro
- Calcolo della durezza: concentrazione ioni Ca, Mg e HCO3
Trattamenti delle acque
A differenza di altri beni di primaria importanza, come il petrolio, il rame o il grano, l'acqua non è sostituibile nella maggior parte dei suoi impieghi e non è economicamente conveniente il suo trasporto a distanze superiori a qualche centinaio di chilometri.
A causa della crescita delle attività umane, la disponibilità di acqua potabile per persona sta diminuendo. La negazione sempre più diffusa del diritto all'acqua ha conseguenze terribili. All’inizio del terzo millennio si calcolava che oltre un miliardo di persone non avesse acce
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