“Osservando” una goccia d’acqua

Se prendiamo una goccia d’acqua del diametro di circa mezzo centimetro e la osserviamo da molto vicino non vediamo altro che acqua, omogenea e continua. Immaginiamo di ingrandirla con un eccellente microscopio ottico di circa 2.000 volte,  la situazione non cambia in modo significativo,  anche se qua e la, noteremmo degli oggetti a forma di uovo che nuotano nella goccia d’acqua.

Di ingrandimento in ingrandimento

Sono i parameci protisti appartenenti ai ciliofori, ordine dei peniculidi. Si caratterizzano per la loro forma ovale, la cui superficie è ricoperta da ciglia che permettono lo spostamento. Non contenti ingrandiamo la goccia d’acqua di altre 2.000 volte. Adesso la superficie non è più cosi compatta, osserviamo uno strano brulichio. Incuriositi ingrandiamo ancora la goccia di altre 250 volte.

La nostra piccola goccia d’acqua è stata ingrandita circa un miliardo di volte. Adesso siamo in grado di osservare le molecole composte ciascuna da un atomo di ossigeno e due di idrogeno. Questa particelle si agitano e si contorcono, rimbalzano le une contro le altre e si girano intorno e in qualche modo sono attaccate le une alle altre ma non si compenetrano. Se si cerca di comprimerle si respingono.

La grandezza degli atomi

Ogni atomo ha un raggio di 1 o 2 angstrom e per avere un’idea delle proporzioni e della grandezza di un atomo,  se una mela venisse ingrandita fino alle dimensioni della Terra i suoi atomi avrebbero le dimensioni iniziali del frutto. L’ångström  è un’unità di lunghezza non appartenente al Sistema internazionale (SI) corrispondente a 0,1 nm o 1×10⁻¹⁰ m. Prende nome dal fisico svedese Anders Jonas Ångström, uno dei padri della spettroscopia. Questa unità di misura viene spesso impiegata per indicare le dimensioni delle molecole e degli atomi, il cui raggio varia tra 0,25 e 3 Å, e per indicare la lunghezza dei legami chimici, compresi, di solito, tra 0,75 (molecola di H₂) e 2 Å. Ma torniamo alla nostra goccia d’acqua.

Una questione di calore

L’acqua che abbiamo osservato conserva il suo volume, non si dissolve grazie all’attrazione delle molecole tra loro.
L’agitazione, il movimento delle molecole è quello che noi rappresentiamo attraverso il calore, più aumenta la temperatura più cresce il movimento degli atomi. Se scaldiamo l’acqua l’agitazione aumenta, cosi come il volume tra gli atomi, fintanto che la forza di attrazione delle molecole non è più sufficiente a tenerle insieme ed esse iniziano a disperdersi separandosi le une dalle altre.

Questo processo non è niente altro che la produzione del vapore acqueo. Al contrario se la temperatura scende oltre un certo livello, le molecole assumono posizioni preordinate e fisse, “solidificandosi”. In altre parole si forma il ghiaccio. Il movimento degli atomi, le forze che li attraggono e li respingono, il ruolo del calore sono alla base di gran parte delle leggi che regolano la natura.

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