Composició i propietats de l'aigua

Què és l'aigua?

No és aquesta una pregunta banal, doncs l'aigua va ser fins fa ben poc un líquid misteriós, gairebé màgic. Des de l'antiguitat fins al segle XVII, quan s'inicia la revolució científica, l'aigua era reconeguda, al costat de l'aire, la terra i el foc, com un dels quatre elements primordials de la naturalesa. Per als savis de la Grècia clàssica, tot allò que existeix era el resultat de combinar de formes diferents estos quatre elements, definits, al seu torn per quatre propietats: fred, calent, humit i sec.

Hom coneixia que l'aigua apagava el foc, i que el foc feia desaparèixer l'aigua per a convertir-la en aire. L'aire, al seu torn, podia esdevenir aigua quan es refredava, i per això plovia. I de la terra, que sorgia per condensació de l'aigua, brollava el foc.

Totes aquestes interpretacions van portar de cap a molts filòsofs, els quals es preguntaven, entre d'altres coses, quina va ser la primera substància que va existir, el principi material de totes les coses.

Tales de Milet, que va viure en el segle VII a.C. creia que era l'aigua la matèria a partir de la qual havien sorgit les altres.

Avui sabem que tant l'aigua com la terra i l'aire no són elements simples, sinó combinacions o mescles d'altres classes de matèria.

I el foc ni tan sols és matèria: només la manifestació de l'energia que emeten diverses substàncies quan es descomponen en presència d'oxigen.

Henry Cavendish, un físic anglès del segle XVIII, va sorprendre a tots quan va obtenir hidrogen i oxigen a partir de només aigua.

Al mateix temps, a França, Antoine Lavoisier, va fabricar aigua a partir d'aquests dos gasos i, de fet, va ser qui va donar nom a l'hidrogen (paraula que significa "generador d'aigua").

Aquests experiments van tenir una importància transcendental, no sols perquè finalment s'accedia a un saber que havia romàs ocult per molt de temps, sinó perquè va ser llavors quan la química es va desprendre de la màgia dels alquimistes medievals i va començar a cobrar sentit.

L'aigua, com totes les altres substàncies, es compon de molècules, i aquestes d'àtoms. Una molècula d'aigua conté dos àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen, que es disposen formant un angle de 105º (la seva disposició en l'espai ens recorda el cap de Micky Mouse!).

No obstant això, amb aquesta composició, l'aigua hauria de ser un gas, ja que gasos són totes les substàncies amb fórmules químiques semblants: diòxid de carboni (CO2), amoníac (NH3), metà (CH4), etc. A més, en la natura no hi ha cap líquid, a banda de l'escassíssim mercuri, que no sigui aigua. Llavors, què és el que fa que l'aigua sigui com és?

La resposta està en les forces d'atracció entre les mateixes molècules d'aigua. Aquestes no es comporten com si foren partícules aïllades, sinó que els àtoms d'oxigen atreuen els àtoms d'hidrogen de molècules veïnes, de manera que, en la pràctica, és com si en tot moment cada molècula estigués enganxada a unes quantes molècules veïnes. D'aquests enllaços entre molècules hom diu ponts d'hidrogen. L'existència de ponts d'hidrogen entre molècules aclareix l'estrany fet que l'aigua sigui un líquid, format per molècules relativament grans que llisquen una sobre altres i s'agiten a un ritme marcat per la temperatura. I explica també les singulars propietats del l'aigua, entre elles el fet de que aquest líquid sigui pràcticement l'únic dissolvent de la natura..

Propietats de l'aigua

L'aigua és també l'únic líquid que podem observar al mateix temps en qualsevol dels tres estats de la matèria. Si, per exemple, poguérem passejar-nos per Islàndia o pel Parc Nacional de Yelowstone, als Estats Units, veuríem fàcilment, sense donar un sol pas, el gel fonent-se en un riu i, just al costat, un guèiser de vapor d'aigua a pressió sortint de la neu.

Aigua líquida, gel i vapor conviuen, donc, en el mateix medi.

Ebullició i evaporació

A partir de 100 ºC, la temperatura d'ebullició, l'aigua és un gas. A aquesta temperatura, l'energia de vibració de les molècules del líquid és màxima, i la força d'atracció entre elles mínima: no hi ha els enllaços entre molècules i aquestes salten a l'aire. Això és el que veiem en una olla d'aigua bullint. O en un guèiser. Per contra, per sota de 0 ºC, totes les molècules d'aigua estan enllaçades, formant gel.

Però per a obtenir vapor d'aigua no cal arribar a 100 ºC. Entre 0ºC i 100 ºC, quan l'aigua està en estat líquid, els ponts d'hidrogen que uneixen les molècules d'aigua es van creant i destruint permanentment, de manera que en tot moment hi ha molècules lliures que poden saltar a l'atmosfera sense necessitat de que l'aigua estigui bullint.

En qualsevol recipient d'aigua, un toll, una olla, o el mateix oceà, hi ha constantment milions de molècules que passen a l'estat gasós. Diem llavors que l'aigua s'evapora. Evaporació i ebullició són fenòmens que tenen la mateixa explicació, encara que succeeixen a diferents temperatures.

Transpiració

Una planta necessita mantenir constantment un circuit d'aigua que vagi de l'arrel a les fulles, i d'aquestes a tots els òrgans de la planta. En les plantes més altes aquest és un autèntic problema que la natura ha resolt de manera molt enginyosa, a travès del procès de la transpiració.

La transpiración és el procés d'evaporació que té lloc en les fulles de les plantes, per això en diem evapotranspiració.

Les fulles perden vapor d'aigua a través dels estomes, que també serveixen per a intercanviar oxigen i diòxid de carboni entre el parènquima (la part verda on es produeix la fotosíntesi) i l'atmosfera.

Les diferents formes que adopten les fulles - i també la presència de pèls, agulles, etc. -són sovint adaptacions a la retenció o a l'expulsió d'aigua.

El vapor així expulsat deixa un buit, la qual cosa produeix una força de succió que atreu més aigua cap amunt, de manera anàloga a quan xuclem un refresc a través d'una palleta. És així com alguns arbres aconsegueixen bombejar aigua a desenes de metres d'altura. Una planta en creixement pot arribar a transpirar cada dia entre cinc i deu vegades el seu contingut total en aigua.

El fenomen de la transpiració és al mateix temps un procediment de bombejament que complementa l'ascensió capil·lar i un sistema de refrigeració per a la planta, ajuda a mantenir un ambient humit en els boscos i contribueix a la formació de núvols, intervenint a escala global en la regulació del clima.

Condensació

La condensació és el fenomen invers a l'evaporació. Quan el vapor d'aigua perd calor passa a l'estat líquid. Diem que es condensa. La humitat dels vidres a l'hivern, el baf d'un espill, la rosada i la boira són alguns exemples de condensació.

En l'atmosfera, el vapor d'aigua disminueix la seva temperatura al mateix temps que ascendeix en altitud, de manera que es formen minúscules gotes d'aigua, les quals es concentren en núvols. Un major refredament (per exemple quan un corrent d'aire fred travessa els núvols) farà que les gotes es facin més grosses o que passin a l'estat sòlid. Així es produeix la precipitació, en forma de pluja, neu o calamarsa.

Evaporació, transpiració, condensació i precipitació són processos que mantenen tota l'aigua de la Terra en moviment permanent, en una espècie de camí d'anada i tornada (el cicle de l'aigua) que passa per oceans, atmosfera, continents i éssers vius.