Acqua e vita: proprietà fondamentali, turgore, osmosi e potenziale idrico

Argomento 3: L'acqua e la vita sulla Terra

La vita sulla Terra ha iniziato in acqua; gli esseri viventi si sono evoluti in ambiente acquatico per oltre 3 miliardi di anni prima di conquistare la terraferma. L'acqua continua ad essere essenziale per tutti gli esseri viventi.

Le proprietà delle membrane cellulari dipendono dalla sua particolare struttura: i fosfolipidi che le compongono tendono a formare doppi strati in ambiente acquoso.

L'acqua è essenziale per la vita: è un costituente delle cellule in percentuale variabile a seconda del tipo di cellula e dello stato fisiologico; fornisce al corpo un mezzo di trasporto dei soluti su distanze brevi e lunghe ed è coinvolta nel metabolismo cellulare come substrato, prodotto o reagente.

Ruolo nel turgore

Turgore: una caratteristica delle cellule vegetali in cui l'acqua esercita una pressione sulla parete cellulare; è necessario per la crescita delle cellule delle piante e per l'apertura degli stomi, che consente la cattura di CO2 necessaria per la fotosintesi.

Proprietà fisiche

1. Turgore e osmosi: favorisce l'espansione cellulare e il mantenimento del turgore nelle cellule vegetali. Osmosi: diffusione di acqua attraverso una membrana semipermeabile.
2. Solvente: è un ottimo solvente per ioni e sostanze polari, promuovendo il trasporto essenziale di soluti in tutto l'organismo.
3. Termoregolazione: ha un alto calore specifico e un elevato calore di vaporizzazione, favorendo la regolazione termica. Il calore specifico è l'energia necessaria per innalzare la temperatura di una sostanza di una determinata quantità. Il calore di vaporizzazione è l'energia richiesta per passare dallo stato liquido a quello gassoso a temperatura e pressione costanti. La traspirazione è il processo attraverso il quale le piante cedono vapore acqueo all'atmosfera.
4. Intervallo di liquidità: rimane liquida tra 0 °C e 100 °C, l'intervallo di temperatura in cui si svolgono la maggior parte dei processi metabolici.
5. Densità: è più densa allo stato liquido che allo stato solido, permettendo la sopravvivenza degli organismi sotto il ghiaccio.

Interazioni molecolari

La molecola dell'acqua è polare: la distribuzione ineguale delle cariche è dovuta alla differenza di elettronegatività tra ossigeno e idrogeno. La coesione tra le molecole d'acqua è dovuta alla formazione di legami a idrogeno. I legami a idrogeno favoriscono anche l'adesione, cioè l'attrazione tra una fase liquida e una fase solida.

Tensione superficiale: è l'energia per unità di superficie da applicare a un liquido per aumentarne la superficie; la tensione superficiale dell'acqua permette ad alcuni insetti di camminare sulla sua superficie.

Movimento dell'acqua e potenziale idrico

Il movimento dell'acqua dalle radici fino alla parte superiore della pianta comporta la realizzazione di lavoro. Il potenziale chimico dell'acqua quantifica l'energia libera per mole. Il potenziale idrico (water potential) è definito rispetto all'acqua pura a pressione atmosferica e viene espresso come energia libera per unità di volume, o diviso per il volume molare parziale dell'acqua.