Spero che abbiate visto la lezione sulla chimica della vita, soffermiamoci un attimo sull'acqua, sulla chimica dell'acqua, sulle proprietà chimico-fisiche dell'acqua, perché è una sostanza fondamentale per la vita. Ci sono vari motivi per questo, perché l'acqua è la sostanza in cui si trova la vita, sempre, anche noi in realtà, che siamo in teoria fuori dall'acqua, in realtà le nostre cellule sono costantemente immerse dall'acqua e l'ambiente acqua... cioè appunto quello che si trova ricco di acqua, è l'ambiente che caratterizza l'interno delle nostre cellule. E le proprietà dell'acqua per questo sono fondamentali. Dopodiché, l'acqua è una molecola, o meglio, sì, e che si organizza in un liquido, molto spesso a volte un solido, a volte un gas, ma per lo più un liquido, alle nostre temperature ambiente, che ha delle proprietà veramente molto molto interessanti, che sono dovute proprio ai legami chimici.
intramolecolari che intermolecolari. Adesso li vediamo. Ora, prima di partire con questa avventura sull'acqua, ecco, guardate un attimo, questa è la molecola d'acqua come la dovremmo immaginare, come la dobbiamo descrivere. È formata da un atomo di ossigeno, due atomi di idrogeno e se abbiamo capito come funzionano i legami chimici covalenti, sappiamo che l'ossigeno è molto più elettronegativo dell'idrogeno.
Quindi il legame covalente tra idrogeno e ossigeno è polare, ok? E questo legame covalente polare porta a un aspetto molto particolare. L'ossigeno è molto più carico negativamente perché è molto più ricco di elettroni, perché il suo nucleo tende ad attrarre molto di più gli elettroni di valenza di questa molecola qui. Gli idrogeni invece viceversa, appunto essendo meno elettroni negativi, sono più carichi positivamente perché il loro elettrone è attratto dall'ossigeno molto di più. C'è questo legame in cui quindi per la maggior parte del tempo la carica elettrica dell'elettrone è molto più attratta dall'ossigeno rispetto all'idrogeno e questo ha delle implicazioni profonde.
Perché? Perché l'intera molecola... diventa una specie di dipolo.
Si carica, voi dovete immaginare, con l'ossigeno carico negativamente e il lato in cui ci sono i due idrogeni più carico positivamente. Questi due idrogeni poi stanno anche più o meno dalla stessa parte e questo quindi permette questa formazione di questo dipolo e quindi ecco che in modo particolare abbiamo questo angolo che pone questi due idrogeni abbastanza vicini che è un angolo che dovete sapere, sono 104,5°. Ora 104,5° è poco più di quindi poco più di un angolo retto.
Quindi avevamo visto che quando abbiamo dei dipoli, cosa succede all'interno di un per esempio liquido fatto di dipoli come nel caso dell'acqua? Che la parte carica negativamente di una molecola attrae la carica positiva di un'altra e quindi le molecole d'acqua non fanno altro che attrarsi l'un l'altra e questo in realtà è il motivo per cui poi l'acqua tende a rimanere liquida anche a temperatura ambiente. Non solo, se vi ricordate avevamo parlato anche dei legami idrogeno.
Il legame idrogeno è un sottogruppo di legami appunto di polo che è particolarmente forte, è veramente molto potente. Un legame idrogeno molto spesso inizia a avere degli ordini di grandezza e di forza che sono quasi comparabili con alcuni legami intramolecolari. Per cui sono legami veramente molto forti, sono i legami intermolecolari più forti che si possono trovare.
Ora, il legame idrogeno, se vi ricordate, avviene tra chi? Tra un idrogeno già legato a un elemento molto elettronegativo, e l'ossigeno è il secondo elemento più elettronegativo che ci sia, questo idrogeno fa un legame, appunto, momentaneo, intermolecolare, con un altro elemento molto elettronegativo, e di nuovo, nell'acqua, è pieno di ossigeno. Per cui non è altro che un legame continuo tra l'idrogeno di una molecola e l'ossigeno di un altro.
Sono queste interazioni di attrazione continua che fanno in modo che le molecole si attraggano veramente moltissimo. Tanto che in questo modo si evita che le molecole d'acqua possano scappare l'un l'altro e possano disperdersi in un gas. Ed è il motivo per cui l'acqua rimane liquida sostanzialmente, perché ci sono continue interazioni di legami idrogeno tra idrogeno e ossigeno che si tengono l'un l'altro in un liquido. Ecco, tutte queste caratteristiche della molecola dell'acqua e la continua formazione di legami idrogeno ha delle implicazioni profondissime sulle proprietà di questa molecola, e meglio del liquido che ne deriva se io metto moltissime molecole insieme, o il liquido o il solido o il gas, dipende appunto dalla temperatura.
Una delle prime caratteristiche è proprio quella che vi ho appena detto, cioè è una molecola che quando viene messa insieme a tante altre molecole forma un liquido a temperatura ambientale, a temperature normali, il che... Veramente è sorprendente, infatti l'acqua è leggerissima, pensate ci sono molecole molto più pesanti dell'acqua che sono tranquillamente proprio senza problemi gas. L'ossigeno, l'ossigeno molecolare che respiriamo pesa più dell'acqua. La CO2, la CO2 che tutti noi respiriamo pesa ben più del doppio dell'acqua, quasi il triplo praticamente, poco meno. Ci sono...
altre molecole ancora più pesanti che sono gas. L'acqua no. L'acqua pur essendo molto leggera, e quindi in teoria dovrebbe avere una tendenza a diventare gas, no, l'acqua rimane liquida.
Perché? Perché questi continui legami in idrogeno non permettono alle molecole in un certo modo di scappare, e quindi si rimane in questa interazione continua di legami in idrogeno che rende l'acqua liquida. C'è poi un'altra questione legata all'acqua, molto molto particolare, ed è il fatto che paradossalmente, anche in parte dovuta a questa interazione, quando l'acqua...
è libera di ruotare, muoversi, quindi è liquida, tende ad attrarsi molto. Bene, quando invece tende ad organizzarsi in un cristallo, questo perché appunto inizia a raffreddarsi, tende a solidificarsi, a diventare una specie di cristallo, organizzandosi con le molecole che a quel punto iniziano ad essere ferme le une rispetto alle altre, ok? Bene, a quel punto il volume di questo cristallo tende ad aumentare, tende veramente ad aumentare. Perché queste molecole si dispongono in questa forma che è più larga e più abbondante rispetto all'interazione stretta, continua, di quando l'acqua è liquida. Bene, questo è il motivo per cui il ghiaccio galleggia sull'acqua.
E voi direte, vabbè, ma Giacomo, ma è una roba normale che il ghiaccio galleggi sull'acqua. Sì, se noi guardiamo l'acqua è perché noi siamo abituati ad avere a che fare con l'acqua. Ma di solito, quasi sempre, il solido...
di una qualsiasi sostanza tende ad affondare sul proprio liquido l'olio se voi provate a congelare l'olio vedete la parte diciamo appunto solida dell'olio che tende ad affondare sull'olio se lo fate con la benzina la benzina ghiacciata tende ad affondare sulla benzina liquida il ferro solido se io lo butto in del ferro bollente affonda e così via sostanzialmente quasi tutte le sostanze hanno il solido che ha una densità maggiore del proprio liquido, tranne l'acqua, per queste proprietà chimiche della loro forma. Bene, questo ha delle implicazioni profonde. Una di queste è che letteralmente noi abbiamo delle parti del mondo in cui abbiamo grandi quantità di ghiaccio che galleggiano sull'acqua.
Questo è probabilmente anche importantissimo per la vita sulla Terra, perché se fosse il contrario... probabilmente avremo gli oceani sostanzialmente liquidi, magari per pochi metri, e poi sotto tutto uno strato di ghiaccio. E invece fortunatamente questa cosa non succede, fortunatamente il ghiaccio galleggia, e fortunatamente praticamente se dappertutto nel mondo c'è quasi sempre almeno uno strato d'acqua sotto negli oceani.
Questo ha appunto delle implicazioni profonde anche legate alla persistenza della vita. Se fosse tutto ghiacciato il fondo dei mari... la vita sarebbe molto meno presente, probabilmente non si sarebbe neanche mai sviluppata effettivamente.
Oltretutto il ghiaccio è anche un buon isolante, per cui paradossalmente se ci pensate, quando inizia a raffreddarsi per esempio un lago, molto spesso si crea uno strato di ghiaccio e sotto l'acqua continua a rimanere liquida, permettendo la vita dei pesci e degli altri organismi all'interno di un lago, o degli oceani, o appunto dell'Antartide e così via. Altra caratteristica dell'acqua è che non solo... L'acqua, come dicevo, rimane liquida alle nostre temperature per i legami idrogeno, eccetera, eccetera, eccetera.
Ma sempre quei legami idrogeno necessitano di grandi quantità di energia per essere rotti o anche per poi a un certo punto andare a formare il ghiaccio. Questo ha delle implicazioni molto, molto profonde, per cui serve sempre una grande quantità di energia, per esempio, per fare bollire dell'acqua. è molto più facile far bollire della benzina, facilissimo, non fatela a casa perché è pericoloso, io so, è molto più facile far bollire del metano, è molto più facile far bollire praticamente qualsiasi cosa, ecco, l'acqua ci vuole una quantità di energia per farla bollire impressionante, ecco, questa cosa è molto interessante, perché? Perché questo permette all'acqua di avere una specie di inerzia termica molto grande, io sono fatto appunto per una parte maggioritare del mio corpo di acqua e infatti cambiare la temperatura del mio corpo non è mica facile.
Il mio corpo tende a stare a una certa temperatura, perché oltretutto ci sono anche dei meccanismi omeotermici che fanno in modo che il mio corpo rimanga più o meno a una temperatura costante, ma se io a un certo punto vado fuori al freddo, il mio corpo certo inizia a raffreddarsi, ma essendo che l'acqua ha bisogno di molta... o nel caso specifico di perdere molta energia per raffreddarsi, ecco che questo raffreddamento è molto lento, tanto che il mio corpo fa in tempo a, con tutta la calma del mondo, avviare delle strategie per controbilanciare questa perdita di calore. e quindi provare a scaldare il mio corpo se fossi fatto di ferro mi raffredderei troppo velocemente se fossi fatto di benzina mi raffredderei troppo velocemente ecco l'acqua ha questa caratteristica che ha questa inerzia termica molto consistente oltretutto poi il fatto che bastino poche quantità di acqua che evaporano per togliere una grande quantità di calore ok è un meccanismo che noi utilizziamo benissimo per quando sudiamo noi ci E surriscaldiamo tanto, eppure basta emettere una piccola quantità di acqua che evapora dal nostro corpo.
Quel processo di evaporazione si porta via una quantità di calore enorme per la poca acqua che viene prodotta e questo permette al nostro corpo di raffreddarsi. Ecco, queste proprietà dell'acqua sono fondamentali per le creatistiche della vita che poi noi vediamo. Se non ci fosse l'acqua...
Bisognerebbe inventarlo, no scusate la battuta, se non ci fosse l'acqua la vita sarebbe da immaginare in modo molto molto diverso, sarebbe anche probabilmente meno stabile di come la immaginiamo. Se noi al posto dell'acqua avessimo degli altri liquidi, per esempio i liquidi che si trovano all'interno della benzina per capirci, la vita sarebbe molto più difficile, sicuramente. E questo è che vi ho descritto, sono alcune proprietà fondamentali dell'acqua dal punto di vista fisico, poi ci sono delle proprietà anche chimiche, per esempio il fatto che l'acqua...
Essendo una sostanza molto polare con queste forme, delle molecole adipolo, non solo tende ad attrarsi tra sé e sé, ma tende ad attrarre anche altri dipoli oppure tende ad attrarre degli ioni. E quindi in altre parole l'acqua è un'ottima sostanza in cui sciogliere delle cose, in cui buttare delle cose polari o perfino ioni. Quindi l'acqua è... un solvente, nel senso che tende a sciogliere in modo molto forte tantissime sostanze.
È veramente impressionante per esempio la quantità di sale che si può mettere nell'acqua. Avete mai provato? È veramente gigantesca la quantità di sale che si può mettere nell'acqua. Posso mettere etto. di sale in un litro d'acqua, per me è sempre una cosa abbastanza sconvolgente, si può sciogliere lo zucchero che è una sostanza polare, mentre il sale appunto è un sale quindi si tende a sciogliere dividendo i due ioni, quindi il sodio e il cloro, posso sciogliere appunto sostanze polari come lo zucchero, come gli amminoacidi, come tantissime sostanze, tanto che in realtà quando noi abbiamo a che fare con l'acqua, quella che noi chiamiamo acqua, quella che esce dai rubinetti, non è mai effettivamente...
acqua pura, ma è sempre acqua al cui interno è stato disciolto qualcosa, molto spesso dei carbonati, carbonato di calcio, e ci sono vari ioni sciolti all'interno. Il mio corpo certo è fatto di acqua, ma l'ambiente acquoso che si trova all'interno delle mie cellule è disciolto di praticamente qualsiasi cosa al suo interno. Anzi, se volete immaginarlo molto meglio, ricordatevi che l'interno delle vostre cellule è più simile a una specie di gel, ok?
Qui in cui l'acqua... L'acqua ha un ruolo fondamentale, ci sono delle molecole più o meno grandi che danno questo senso di gelatina e poi anche ci sono tutti degli ioni e delle molecole ancora più piccole disciolte all'interno dell'acqua. In altre parole, ecco, l'acqua è una specie di solvente universale per tutte le molecole polari e per gli ioni e questa è un'altra caratteristica fondamentale dell'acqua. tende a sciogliere veramente molto.
Certo, poi c'è l'altro rovescio della medaglia, che è comunque importante per la vita, ed è il fatto che l'acqua fa fatica a sciogliere le sostanze apolari, come la benzina, come l'olio, eccetera, eccetera, eccetera. E questo è altrettanto utile, perché poi si possono creare, come nel caso delle cellule, ma lo vedremo nelle prossime... lezione, stavo per dire, nelle prossime puntate, delle cellule in cui praticamente abbiamo all'interno un ambiente acquoso e poi sul bordo un ambiente apolare che è la membrana plasmatica che appunto fortunatamente non si scioglie nell'acqua, ma questo lo vediamo nelle prossime lezioni.
Ecco un'altra proprietà dell'acqua è quella che riguarda la sua in un certo modo acidità, ora prendete questa parola, portatela a casa, poi ve la spiego. L'acqua è un anfotero, ok? Nel senso che è una sostanza che può essere, in base alla situazione, in base a con quale molecole reagisce, o un acido o una base, ok? Amphi in greco significa tipo entrambe le cose.
Amphibio è letteralmente la vita, cioè fare la vita da entrambe le parti, no? Amphibio sia sulla terraferma che nell'acqua, per esempio. Ecco, l'acqua ha questa proprietà qui.
Cioè il fatto di essere una molecola che se interagisce con certe sostanze può diventare una base, se interagisce con altre può diventare un acido. E quindi l'acqua, o meglio, una certa quantità d'acqua può avere vari livelli diversi di pH. Il pH è una misura dell'acidità dell'acqua, che spero abbiate studiato in chimica. E quindi ecco che per esempio l'acqua può avere dei livelli diversi di acidità in base al tipo di sostanze che ne sono disciolte. Si può andare da praticamente 7. che è il livello medio, quando sostanzialmente nell'acqua non è disciolto praticamente nulla, ha poi estremi, quindi ha numeri bassissimi del pH, 0, 1, in realtà si potrebbe andare anche sotto lo 0, quindi anche a meno qualcosa, ma se sapete come funziona il pH sapete che è abbastanza difficile, o meglio, va capito, è fondamentale, però dovete, meno 1 è una concentrazione veramente gigantesca, ok? Fino a...
14 e anche in teoria leggermente anche più di 14. Dipende molto ovviamente da cosa c'è sciolto dentro. Se io nell'acqua sciolgo degli acidi ecco che il pH tenderà ad abbassarsi. Se nell'acqua sciolgo delle basi ecco che il pH di quella sostanza acquosa tenderà ad alzarsi e questa è un'altra proprietà molto importante dell'acqua appunto perché permette Appunto perché all'interno di una soluzione acquosa la concentrazione di ioni H+, che è poi quella che determina il pH, anche se sarebbe giusto dire di più H3O+, ok? Anche qui, spero che abbia sappiato i punti di riferimento di questa cosa, altrimenti vi invito veramente, prima di andare avanti con l'argomento di scienze, a recuperare un attimo questi aspetti chimici, perché sono veramente importanti da capire. Poi per capire come funzionano molte proprietà anche della biologia.
Ok? In base alla concentrazione di ioni H+, ecco che possiamo avere appunto dei pH via via sempre più bassi all'aumentare di questa concentrazione. Al diminuire di questa concentrazione, in realtà, corrispettivamente aumentano gli ioni OH-, e quindi ecco che ci troviamo davanti a una soluzione più basica.
Bene, questo è altrettanto importante, appunto, perché l'acidità poi permette all'acqua di interagire con certe altre sostanze, per esempio di sciogliere meglio altre sostanze, per esempio nel nostro stomaco. e così via. L'acqua ha anche questa caratteristica, quella di potersi in un certo modo cambiare molto l'acidità in base a con quali sostanze interagisce. Va bene, questo è quello che c'era da dire sull'acqua.
Bene, tenetene conto di tutti questi aspetti, le proprietà dell'acqua sono fondamentali per capire veramente la vita. Per approfondire, se volete, vi lascio un video che ho fatto sul mio primo canale, quello di Entropy for Life, quello di divulgazione, in cui racconto il cosiddetto effetto loto, un aspetto interessantissimo dell'acqua che ha sempre a che fare con le proprietà dell'acqua, alcune di quelle che non vi ho neppure raccontato, perché ovviamente ce ne sono persino altre. Bene, vi consiglio di andare a vedere quel video così fate anche un'idea ancora più approfondita su questo tema. Ecco, quello è un video più divulgativo rispetto a questo. Ma vi consiglio di vederlo, magari è anche molto bello da vedere, magari vi piace in modo particolare.
Eccolo qua, vi lascio a questo video, ciao a tutti quanti.