Le proprietà dell'acqua: colore, odore e sapore

Perché l'acqua spegne il fuoco? Perché dà la sensazione di bagnato? E poi, perché è incolore, inodore e insapore?

Enzo Gregoli
23 novembre 2003
Il fuoco è uno dei possibili meccanismi secondo cui avviene la combustione di sostanze contenenti carbonio, cioè la reazione tra carbonio e ossigeno. Affinché una reazione di combustione si mantenga occorre che:
  1. la temperatura superi la cosiddetta temperatura di autoaccensione o di agnizione, che è la temperatura minima alla quale i vapori di una sostanza, in miscela con l'aria, si accendono spontaneamente e mantengono la combustione senza bisogno di ulteriore apporto di calore;
  2. che la percentuale di ossigeno nell'atmosfera superi un certo valore minimo.
L'acqua non può alimentare la reazione dato che è uno dei possibili composti finali delle reazioni di combustione: per esempio una mole di metano CH4 (cioè, il gas utilizzato in molte case per usi di riscaldamento) se brucia in abbondanza di ossigeno, interagisce con due moli di ossigeno dando luogo a una mole di biossido di carbonio CO2 e a due moli di acqua H2O, secondo la reazione:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O

Invece può spegnere la fiamma raffreddando i reagenti e quindi impedendo la combustione. Inoltre l'eventuale produzione di grandi quantità di vapore acqueo contribuisce a far diminuire la percentuale di ossigeno nell'ambiente in cui si sviluppa il fuoco.

Passiamo ora alla parte della domanda relativa alla sensazione di bagnato prodotta dall'acqua.

Una piccola quantità di sostanza nello stato liquido tende, a causa delle forze di coesione, cioè quelle forze che si esplicano tra le molecole della sostanza, ad assumere la forma sferica. Quando un liquido viene a contatto con la superficie di una sostanza solida, è soggetto anche alle forze di adesione, cioè quelle forze che si esplicano tra le molecole della sostanza solida e quelle del liquido. Se queste ultime, come, in genere succede, hanno intensità maggiore di quelle di coesione, il liquido si distribuisce in uno strato sottile sulla superficie del corpo.

L'acqua si comporta in questo modo con un gran numero di corpi. La sensazione di bagnato è legata al fatto che uno strato sottile di liquido sulla nostra pelle diminuisce l'attrito e, contemporaneamente, raffredda la parte a causa della conduzione del calore e dell'evaporazione.

Giulio Calvelli Dipartimento di Fisica "Galileo Galilei", Università di Padova
Le proprietà di una sostanza dipendono innanzitutto dal metodo strumentale che utilizziamo per caratterizzarle. Per questo motivo quando diciamo che l'acqua è incolore, inodore e insapore ci riferiamo in realtà alle proprietà percepite dai nostri sensi: vista, olfatto e gusto.

L'acqua ha una struttura molecolare semplice che non assorbe radiazione di lunghezza d'onda dal vicino ultravioletto fino all'estremo del visibile, cioè da 200 a 700 nanometri (nm); mentre assorbe radiazione di lunghezza d'onda inferiore a 200 nm (lontano ultravioletto) e superiore a 2000 nm (vicino infrarosso).

Dal momento che il nostro occhio è in grado di percepire solo le radiazioni visibili (380 -700 nm), ecco che le molecole d'acqua sono trasparenti al nostro occhio. Quindi il colore è un attributo psicologico della luce che deriva dall'interazione della luce stessa con lo strumento di percezione che è la retina dell'occhio. Tuttavia, la visione del colore è riducibile a precise leggi matematiche e fisiche, e quindi è quantificabile al di là della percezione che noi ne abbiamo. Esistono in laboratorio strumenti (spettrofotometri) che permettono di "vedere il colore" di sostanze anche come l'acqua, nel senso di misurare la radiazione assorbita a lunghezza d'onda che non viene percepita dall'occhio.

La precisazione sopra riportata dell'attributo psicologico diventa più importante per definire il modo in cui noi percepiamo odori e sapori. La relazione tra queste due proprietà e i nostri recettori (per l'olfatto e per il gusto) è più complessa e al momento meno quantificabile. In questo caso, i recettori devono essere sensibili non più a una grandezza fisica (la radiazione elettromagnetica) ma alla struttura stessa della molecola in questione. La sensazione olfattiva e gustativa è il risultato di molte interazioni tra una particolare molecola e i nostri sensori. Lo stimolo dovuto alle interazioni molecola-sensori viene trasmessa al cervello e tradotta in sensazione di odore o di sapore.

Sarebbe troppo facile e banale affermare che nel nostro organismo non abbiamo sensori per il sapore e per l'odore dell'acqua; ma forse anche errato per due motivi.

Il primo motivo è che se una qualsiasi molecola interagisce continuativamente con un sensore finisce con il saturare il segnale trasmesso al cervello e non viene più percepita; in altre parole ci si abitua. Siccome l'acqua è ubiquitaria in tutta la nostra vita e soprattutto nel nostro organismo (i recettori stessi operano in ambiente acquoso) è ovvio che l'odore e il sapore dell'acqua diventano lo sfondo su cui noi analizziamo nel nostro naso, l'odore, e nella nostra bocca, il sapore delle altre sostanze.

Il secondo motivo è conseguenza di quanto detto sopra. Proprio il fatto che i nostri sensori operano in presenza continua di molecole d'acqua, questo fa sì che noi percepiamo non tanto la sua presenza quanto la sua assenza. Le condizioni ambientali di secchezza alterano nella mucosa nasale e nel palato la nostra percezione di odori e di sapori.

Un'ultima nota (in relazione all'età di chi legge queste righe): sulle proprietà dell'acqua sono stati scritti volumi e volumi. Un'opera scientifica monumentale in otto volumi è Water di Felix Franks; un altro libro estremamente piacevole è Air and Water: the biology and the physics of life's media di Mark Denny.

Tradotto in italiano c'è invece H2O una biografia dell'acqua di Philip Ball. Ma forse parlare di biografia dell'acqua ha un "sapore" troppo pessimistico che la dà già perduta per sempre!

Attilio Cesaro Università di Trieste
Keywords: chimica fisica

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