L’acqua è un bene prezioso per la vita sulla Terra, un nutriente essenziale per l’uomo e gli altri esseri viventi e, in generale, una molecola dalle proprietà peculiari che la rendono unica. Tra le caratteristiche distintive dell’acqua è importante sapere che è l’unico elemento presente sul nostro pianeta nei tre stati fondamentali: liquido, gassoso e solido.

Studiando il ciclo dell’acqua, ad esempio, si spiegano gli stati dell’acqua con l’evidenza pratica dell’importanza della coesistenza sulla Terra di questa molecola allo stato liquido, gassoso e solido. Vediamo quindi insieme gli stati dell’acqua, cosa li differenzia e come avvengono i passaggi di stato.

I tre stati dell’acqua: liquido, gassoso e solido

Tutte le molecole possono presentarsi in forma liquida, gassosa e solida secondo determinati valori di temperatura e pressione. In particolare, la Terra presenta condizioni di pressione e temperatura tali che ogni singola molecola assume uno stato di aggregazione specifico, o liquido, o solido, o gassoso.

L’acqua però si distingue tra tutte le molecole perché sulla Terra è presente contemporaneamente nei suoi tre stati. I tre stati dell’acqua si differenziano per la diversa aggregazione delle sue molecole, tanto che si parla di stati di aggregazione dell’acqua.

  • Acqua allo stato liquido: L’acqua allo stato liquido è quella che beviamo e che forma le falde sotterranee così come fiumi, mari e oceani in superficie o la pioggia che cade dal cielo. In tale forma, le molecole d’acqua sono aggregate da legami idrogeno, caratterizzati da una forza che permette loro di rimanere unite ma non tale da bloccarle in una forma rigida. In pratica le molecole d’acqua allo stato liquido sono vicine ma non troppo. Nello specifico, tali molecole interagiscono tra loro attraverso legami idrogeno che si formano, si spezzano e subito dopo si riformano, aggregandosi così nello stato liquido. L’acqua allo stato liquido si distingue per la scorrevolezza, la capillarità, la tensione di vapore, la capacità termica, le proprietà solventi e altre caratteristiche peculiari.
  • Acqua allo stato gassoso: L’acqua allo stato gassoso può cambiare nome a seconda del contesto. Ci riferiamo ad esempio al vapore che si libera dall’acqua calda, all’umidità che ci affligge durante l’estate o alla nebbia che invade il paesaggio d’inverno. Le molecole d’acqua allo stato gassoso sono talmente lontane l’una dall’altra da poter circolare liberamente nell’aria senza interagire e aggregarsi.
  • Acqua allo stato solido: L’acqua allo stato solido viene comunemente chiamata ghiaccio, neve o brina. In particolare, le molecole di acqua allo stato solido sono talmente vicine da interagire tra loro attraverso legami molto forti e stabili aggregandosi così in una conformazione rigida dalle fantastiche sfaccettature. Tali legami sono visibili infatti al microscopio, che ci regala le favolose immagine dei cristalli di ghiaccio o dei fiocchi di neve, una specie di stella a 6 punte dalle varie forme comune, ad esempio, nelle decorazioni natalizie.

Ma cosa condiziona gli stati dell’acqua? Come mai coesistono sulla Terra? Vediamolo insieme.

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I passaggi di stato dell'acqua: quali sono

Gli stati dell’acqua sono condizionati principalmente dalla temperatura e dalla pressione. La pressione sulla Terra presenta un range abbastanza stabile, intorno a 1 atmosfera, mentre invece la temperatura può variare. La temperatura diventa quindi la variabile che permette non solo la coesistenza dei tre stati dell’acqua ma che favorisce anche i suoi passaggi di stato da solido a liquido, da liquido a gassoso, da solido a gassoso e viceversa. In particolare, possiamo distinguere ben 5 passaggi di stato fondamentali:

  • Evaporazione: passaggio dallo stato liquido a gassoso

L’evaporazione è il passaggio dell’acqua da liquido a gas o vapore acqueo. Si tratta di un processo che avviene in continuo da 1 a 100 °C, la temperatura di ebollizione dell’acqua, ed è favorito dal calore. Ad esempio, l’acqua sulla superficie di laghi, mari e fiumi evapora continuamente grazie al calore del sole, e quando facciamo bollire l’acqua in una pentola assistiamo proprio ad un’evaporazione accelerata dal calore della fiamma. Anche con la respirazione di uomini e piante assistiamo ad un esempio di passaggio di stato dell’acqua da liquido a gas.

  • Condensazione: passaggio dallo stato gassoso a liquido

Il vapore acqueo, quando si raffredda, si trasforma in acqua liquida, un processo che conosciamo con il nome di condensazione. Accade quando il vapore acqueo liberato dai laghi o dai mari, risalendo l’atmosfera, trova una corrente fredda e ricade sulla terra in forma di pioggia, ma non solo. La condensazione è visibile anche quando il vapore liberato dall’acqua che bolle trova il coperchio freddo e si trasforma in gocce d’acqua.

  • Congelamento: passaggio dallo stato liquido a solido

Il congelamento è il passaggio dell’acqua dallo stato liquido a quello solido e avviene quando la temperatura scende da 0° C in poi. Tale fenomeno si può osservare quando cade la neve a 0° C o, più semplicemente nel quotidiano, quando si trasforma l’acqua del rubinetto in cubetti di ghiaccio lasciandola nel freezer.

  • Fusione: passaggio dallo stato solido a liquido

La fusione è il passaggio dell’acqua dallo stato solido a quello liquido e avviene quando la temperatura supera gli 0°C per effetto del calore.

  • Sublimazione o brinamento: passaggio dallo stato gassoso a solido e viceversa

La sublimazione è il passaggio diretto dell’acqua dallo stato solido a gassoso, senza passare per lo stato liquido. Si tratta di una reazione difficile da osservare sulla Terra, perché sono necessarie condizioni di temperatura e pressione riproducibili in laboratorio. Con il termine sublimazione si intende spesso anche il passaggio inverso, da gas a solido. Tale passaggio viene anche chiamato brinamento perché è visibile proprio con la formazione della brina. In particolare, quando le temperature scendono repentinamente sotto lo zero il vapore acqueo presente nell’atmosfera si trasforma direttamente in cristalli di brina, ovvero acqua allo stato solido.

In conclusione, abbiamo visto che l’acqua sulla Terra ha trovato le condizioni di pressione per coesistere nei suoi 3 stati di aggregazione, liquido, solido e gassoso, a seconda della temperatura, o del calore. Tale caratteristica è importantissima perché, in parole semplici, modula il ciclo dell’acqua, regola il clima fino a permettere la respirazione dell’uomo e delle piante e a controllare vari processi fisici, chimici e biochimici alla base della vita sulla Terra!