filtri acqua potabile
Cenni storici
Aristotele (384 a.C. - 322 a.C.) sosteneva che la materia fosse formata dalla interazione di quattro elementi: terra, aria, fuoco, acqua. 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.
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.
Fisica e chimica dell'acqua
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.
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
Il mercato dell'acqua minerale è l'esempio trattato nel modello dell'oligopolio di Cournot. Si tratta di un mercato a costo variabile marginale, pari a quello della sola bottiglia, e il costo fisso della concessione. Il mercato è molto remunerativo, se si considera che un litro di acqua in bottiglia costa circa quanto 1000 litri di acqua del rubinetto (circa 0,80÷1 euro al m3 di acqua, che equivale appunto a 1000 litri).
Si tratta inoltre di un mercato derivante da un "bisogno indotto", sostenuto dall’incessante pubblicità che conferisce proprietà "quasi miracolose" alla costosissima acqua imbottigliata. All'acqua minerale sono di volta in volta attribuite particolari proprietà nutritive o terapeutiche che l'acqua del rubinetto non dovrebbe possedere, tali da giustificare il costo molto maggiore del litro di acqua in bottiglia.
In realtà l'acqua di rubinetto è strettamente controllata (la legge prevede controlli giornalieri molto severi), e spesso l'acqua che viene distribuita negli acquedotti cittadini è di ottima qualità, anche superiore a quella delle acque in bottiglia (o perlomeno, il suo costo superiore non è giustificato). Non sono necessari neanche i pubblicizzati sistemi di filtraggio, che spesso peggiorano la qualità dell'acqua.
La legge italiana impone per l'acqua potabile da rubinetto controlli a frequenza quotidiana, con limiti molto più stringenti e su un numero di parametri molto più alto di quelli previsti per le acque in bottiglia, garantendo una migliore qualità all'acqua del rubinetto rispetto a quella imbottigliata.
La principale voce di costo nel prezzo dell'acqua è quello del trasporto, e come nel caso degli acquedotti, anche per quelle minerali ha poco senso dal punto di vista logistico il trasporto a centinaia di chilometri, se non in altre nazioni. Le acque meno costose sono quindi quelle imbottigliate a livello locale.
L'acqua nelle culture umane
Per la maggior parte delle religioni, l'acqua è considerata un elemento purificatore. Esempi sono il battesimo cristiano ed i 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, divinità particolari sono posti a patroni di particolari fonti d'acqua.
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 annoverò l'acqua come uno dei quattro elementi fondamentali, insieme ad aria, terra e fuoco. Il taoismo cinese la include nei suoi cinque elementi con terra, fuoco, legno e metallo.
L'espansione dell'acqua al congelamento è portata come esempio di quelle proprietà fisiche critiche che supportano la vita sulla Terra a difesa del principio antropico.
Note e riferimenti
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