EXPO2015 – INCHIESTA WHATEVER WATER settembre-ottobre 2015
di Giorgia Burzachechi
Tra atomi e “magnetini”, solventi e bollicine, ossidi, biossidi e monossidi, a lezione con Daniela Romanazzo, chimica ricercatrice e divulgatrice scientifica con Ludis, si capisce come funziona la chimica del climate change e che ruolo primario gioca l’acqua. L’acqua è la scelta vincente della natura. Il composto vivente. E c’è un motivo, dal punto di vista scientifico. L’acqua risponde a regole che sono solo sue, è una ribelle rispetto alle regole canoniche della scienza, ha un comportamento assolutamente proprio, caratteristiche tutte e solo sue. E’ un complesso efficiente di capacità, ne ha tantissime, gestisce e regola i nutrienti dentro e fuori gli organismi, mantiene il PH (misura dell’acidicità, se lo è troppo o troppo poco non è vitale), l’acqua mantiene la neutralità, mantiene la temperatura, dentro e fuori gli organismi. Se non ci fosse, si arriverebbe a morte certa per tutti gli organismi. Tutto è composto di acqua. I vegetali per più del 90%, il pianeta per più del 75%, gli animali, più del 70%.
Daniela, ci spieghi l’acqua dal punto di vista della chimica?
Partiamo dal presupposto che chimico non è sinonimo di tossicologico. La la chimica è una scienza. E’ come dire che il colpevole della morte di un uomo che si lancia dal 5 piano è la fisica. Un ruolo fondamentale per la comprensione delle sue caratteristiche è capire la composizione della molecola. H2O: significa che è composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Ma la sua formula chimica ci dice poco, dobbiamo andare oltre. Osservarne la sua struttura, la disposizione degli atomi nello spazio perché è da lì partono tutte le sue peculiarità. Si può rappresentare sul foglio come una testa di Topolino rovesciata, dove i due idrogeni, gli atomi più piccoli, rappresenteranno le orecchie mentre l’ossigeno, sarà la testa. La maggiore tendenza dell’ossigeno ad attrarre le cariche negative degli idrogeni conferisce alla molecola una “polarità”, come un calamita, che ha sugli idrogeni i poli positivi e sull’ossigeno quello negativo. Questa è una particolarità dell’acqua, non tutte le molecole sono polari. Ad esempio non lo è l’olio, ed è questo il motivo per cui acqua e olio non possono mescolarsi, non dipende dalla densità, ma dalla loro struttura chimica.
Quindi è la sua struttura che la rende in grado di sciogliere altre sostanze?
Esatto, è la polarità a rendere l’acqua il solvente più importante del mondo. E questa è una capacità vitale. L’acqua scioglie tutti i sali. Entrano a far parte dell’acqua stessa. L’acqua in natura non è pura, mai, non esiste. È ricchissima di sali e la potabilità viene data dalla ricchezza di sali minerali e dall’assenza di sostanze nocive all’uomo. I sali minerali sono i nutrienti essenziali, i nostri organismi non sono in grado di sintetizzare quegli ingredienti, essenziali perché non li produce, quindi li dobbiamo introdurre dall’esterno.
Per la stessa ragione può capitare che sciolga anche sostanze “cattive”?
Infatti. Questa capacità di solvente va contro di noi. Molte sostanze inquinanti sono sotto forma di sali. Entrano a far parte del ciclo. I metalli pesanti ad esempio. Arsenico e mercurio sono i metalli pesanti inquinanti per eccellenza. Sono presenti in natura, e necessari anche per gli organismi viventi, fanno parte di alcune vie metaboliche e possono essere presenti, in tracce. L’elevata concentrazione di questi metalli porta accumulo e gli effetti possono essere gravissimi: da avvelenamento del sistema nervoso, alla follia, alle disfunzioni cardiache, del fegato ecc. Una volta accumulati non siamo in grado di smaltirli. Tutti i metalli possono assumere forme più reattive, i sali portano queste forme, che si dicono ioniche, e sono quelle che vanno in giro.
Parliamo di Arsenico…
L’Arsenico è uno dei metalli pesanti più dannosi. E’ stato utilizzato in modo incontrollato come pesticida, in grandissime quantità, si è accumulato nei suoli, si è disciolto ed ha inquinato molte risorse idriche di superficie e del sottosuolo. L’arsenico è un metallo che si trova in natura e per questo la contaminazione può essere naturale. In Bangladesh, ad esempio, l’avvelenamento di massa da metalli pesanti è stato causato da un progetto di alcune ONG per la costruzione di pozzi allo scopo di fornire acqua da una fonte alternativa a quella superficiale, caratterizzata da elevata contaminazione da agenti patogeni: l’acqua del sottosuolo, però, si è rivelata contaminata da arsenico, analisi più accurate lo avrebbero rivelato, e così da una buona intenzione è venuto fuori un avvelenamento di massa.
È fuori dubbio che l’azione industriale ha portato la gran parte di questi avvelenamenti. Il Mercurio, altro esempio, è l’unico metallo che a temperatura ambiente è liquido e ciò ne comporta l’evaporazione favorendone la capacità contaminante. Forma amalgama con metalli preziosi – ricordo nonna che mi diceva di stare attenta con i termometri, che le macchiavano la fede – e per questo è stato usato in maniera incontrollata per le estrazioni di metalli preziosi. Il risultato è che i mari sono fortemente inquinati. La capacità dell’acqua di essere un solvente fa sì che sciolga sali ma anche altre sostanze.
Altre magie dell’acqua?
Magnetini. Le molecole di acqua avendo una grande polarità si influenzano l’un l’altra, si attraggono e si respingono, formano legami caratteristici, chiamati legami idrogeno più deboli e più lunghi di un legame covalente. Tale configurazione, tipica dell’acqua, genera un ambiente ospitale, sia in termini di energia che in termini di spazio, ad accogliere molte sostanze. Ad esempio, quando aggiungiamo sale in un bicchiere d’acqua, il sale si scioglie e questa non sale di livello, e lo stesso avviene con moltissimi gas. Come ad esempio l’anidride carbonica. I pesci respirano ossigeno gassoso, presente nelle acque, ed espirano CO2, ma certo la quantità di anidride non è sufficiente perché i mari siano gassosi. La CO2, invece reagisce con l’acqua e quando avviene si forma un acido, abbastanza debole, chiamato acido carbonico.
E ovviamente le azioni industriali peggiorano le cose…
Gli scarti industriali da combustibili fossili, aumentano inevitabilmente la concentrazione atmosferica di anidride carbonica. Quando piove, l’acqua incontra CO2 in eccesso e abbiamo piogge acide. Le combustioni, che possono essere naturali o dovute all’industrializzazione, non bruciano solo elementi come il carbonio, ma anche zolfo e azoto, che sono costituenti fondamentali della vita: l’azoto è il 70% dell’aria che respiriamo, ma una combustione incontrollata fa sì che si leghino all’ossigeno. Per lo zolfo si parla di anidride solforica e anidrite solforosa, detti anche solfiti (quelli del vino, per intenderci, sono una protezione naturale e servono per la conservazione dei cibi chiusi). L’azoto pure si lega molto bene all’ossigeno (NOX) formano degli acidi molto forti, acido solforico e acido nitrico. Ancora una volta si avranno piogge acide che arrivano al suolo, con immediata azione corrosiva, creando un ambiente fortemente acido che agevola il rilascio dei metalli pesanti. Una combinazione di fattori che aumenta l’inquinamento. E ci si aggiungono anche la radiazioni ultraviolette: non solo ci sono le piogge acide e il rilascio ulteriore di metalli pesanti nell’atmosfera, ma quando tutti questi ossidi vengono colpiti dalle radiazioni si generano ossigeni impazziti, con un atomino in più, che si chiama ozono, ed è un ossidante fortissimo (anche la combustione è una ossidazione). L’azione dell’ozono dal punto di vista chimico è un’azione forte e dannosa.
Quindi anche il sole gioca il suo ruolo in questa partita
Sì con i raggi ultravioletti, ma anche con il calore. Il calore: è difficile pensarlo come fosse un gas o un sale, eppure si comporta in modo simile e si scioglie in acqua. L’acqua ha grande affinità al calore, e prima di riuscire a farla “impazzire”, dobbiamo fornirle energia fino a farle raggiungere temperature molto elevate. Ce ne accorgiamo quando l’acqua bolle, quella è la temperatura di pazzia, e cioè i 100 °C. Ed è a questa temperatura che il calore rompe tutti i legami idrogeno, fino a quel momento l’acqua riesce a resistere. Altri composti simili all’acqua non resistono tanto. Tutto questo che c’entra? C’entra con il clima, questa capacità è quella che regola il clima. Le grandi distese dell’acqua del mare accumulano il calore durante l’estate e lo restituiscono in modo controllato e graduale durante l’inverno. Questo regola il clima di tutto il mondo. Se modifichiamo questo equilibrio di evaporazione con l’accumulo di troppe sostanze, viene meno anche la restituzione controllata. Un inquinamento incontrollato ha effetti devastanti sul clima stesso.
Ma l’acqua ha anche uno stato solido, e se si alterano questi equilibri, ci saranno conseguenze devastanti, vedere ad esempio lo scioglimento dei ghiacci…
Infatti. E anche questo dipende dai famosi legami idrogeno. L’acqua è l’unica a variare la sua densità in difetto quando si trova allo stato solido, e questo avviene perché i legami idrogeno, con le basse temperature tendono a bloccarsi nella loro posizione. Questo significa che l’acqua è l’unico composto che nel passaggio tra stato liquido e solido non aumenta in densità, anzi, diminuisce. Questa caratteristica consente al ghiaccio di galleggiare sull’acqua, fattore di vitale importanza per la vita delle specie acquatiche. Il ghiaccio infatti è un ottimo isolante di calore, proprio per i suoi legame idrogeno. Non a caso gli igloo sono i tradizionali rifugi eschimesi, e non a caso questa peculiarità ha garantito la vita ai viventi del mare anche durante le glaciazioni: sotto il ghiaccio, il mare era allo stato liquido. Questi spunti scientifici ci suggeriscono che i meccanismi naturali sono soggetti ad un delicato equilibrio e che molte nostre azioni, più o meno consapevoli, possono alterarlo in maniera irreversibile. Studi approfonditi condotti negli ultimi anni descrivono le azioni negative dell’accumulo dei gas serra in relazione allo scioglimento dei ghiacci e il conseguente aumento del livello del mare. L’accumulo dei prodotti di scarto della combustione dei combustibili fossili, non riconducibile ad attività naturali, comporta un aumento della temperatura media responsabile di molti cambiamenti climatici. Un’adeguata informazione scientifica legata a determinati argomenti è fondamentale sia ai fini di un corretto comportamento sociale sia per la costruzione di un atteggiamento critico non pregiudiziale e costruttivo.
Il progetto WHATEVER WATER #cmqacqua è realizzato in partnership con Nestlé Italia e Carlsberg Italia.