știință

Știință ușoară

Apa și, în general, toate resursele de apă ale planetei, sunt deja esențiale astăzi, dar pot deveni singurul nostru mijloc de supraviețuire și dezvoltare durabilă pe măsură ce secolul 21 avansează.

Aparent, apa este un fluid extrem de simplu, a cărui moleculă (H2O) este compusă din doi atomi de hidrogen și unul de oxigen, elemente foarte simple la rândul lor, astfel încât structura chimică a apei pare într-adevăr foarte simplă. Pe de altă parte, apa este cea mai abundentă substanță de pe Pământ și este singura care se găsește pe planeta noastră, simultan, în cele trei stări, lichidă, solidă și gazoasă.

Aceasta este deja o proprietate rară, dar dacă mergem puțin mai adânc în „lucrurile apei”, găsim aspecte care fac din acest element un fluid esențial pentru viață, în ciuda faptului că comportamentul său diferă adesea destul de mult de ceea ce ar putea să fie considerat un fluid „normal”. De fapt, sunt cunoscute în prezent zeci de anomalii în compoziția, structura și comportamentul apei. Una dintre aceste anomalii, foarte utilă, este faptul că densitatea sa maximă are loc la o temperatură de 4 ° C, datorită căreia peștii și multe alte ființe vii pot supraviețui în râuri, mări sau lacuri înghețate, deoarece gheața plutește la suprafață, în timp ce apa lichidă rămâne la fund.

La presiunea atmosferică normală (1013 milibari sau 760 mm de mercur) punctul de topire a apei pure este 0ºC, cristalizând în sistemul hexagonal, aparând ca zăpadă sau gheață, care sunt două aspecte ale aceluiași lucru; atunci când îngheață, crește în volum, astfel încât densitatea sa ca gheață este mai mică decât cea a apei lichide, plutind astfel pe ea.

După cum am spus, apa atinge densitatea maximă la o temperatură de 4 ° C, densitatea fiind de 1 gram pe centimetru cub, iar capacitatea sa de căldură este foarte mare, cu o căldură specifică de 1 calorie/gram, datorită căreia o masă de apa poate absorbi sau degaja cantități mari de căldură, fără a experimenta cu greu schimbări de temperatură, ceea ce are o mare influență asupra climatului planetei noastre, unde masele mari de apă din oceane necesită mai mult timp pentru încălzire și răcire decât solul pământului, jucând astfel un rol important în climatul terestru.

Căldura latentă de evaporare sau condensare a apei, adică energia necesară pentru a trece de la lichid la vapori sau de la abur la lichid, este de 540 calorii pe gram (cal/g) și căldura latentă de înghețare sau topire a apei este de exemplu energia necesară pentru a trece de la lichid la solid sau de la solid la lichid este de 80 cal/g. Ambele valori se dovedesc a fi extrem de ridicate și extrem de utile atunci când vine vorba de formarea norilor, reîncărcarea lor cu energie și transportarea acelei ape și a acelei energii, dintr-o zonă a planetei în alta.

Un alt exemplu de cât de rar este comportamentul apei (fără impurități) este faptul că poate atinge temperaturi extrem de scăzute în stare lichidă și fără înghețare, putând atinge -47 ° C, în interiorul unei plante, rămânând în stare lichidă., iar în laborator, poate atinge -92 ° C, fără ca apa să înghețe vreodată; Sunt cu siguranță stări metastabile, adică stări ale sistemului care se află în echilibru aparent, dar care se vor schimba într-o stare mai stabilă, în fața oricărei mici modificări a mediului lor, dar, în timp ce acest lucru nu se întâmplă, natura ia avantajul acesteia.

Încă de la început, observându-i pur și simplu aspectul, nimeni nu ar spune că apa lichidă, gheața și vaporii de apă sunt același lucru, aceeași substanță. Într-adevăr, comparând o cascadă ca cea a unei cascade, cu un ghețar sau cu vârful înzăpezit al unui munte, s-ar putea crede că acestea sunt lucruri diferite. Și totuși este practic aceeași compoziție chimică moleculară, aceleași molecule de apă, cu hidrogenul și oxigenul lor, variind „aproape doar” aspectul lor final.

Până în secolul al XVIII-lea se credea că apa era în sine un singur element și chimistul englez Cavendish a obținut apa dintr-o combustie de aer și hidrogen; Cu toate acestea, rezultatele acestui experiment nu au fost interpretate decât ani mai târziu, când Lavoisier a concluzionat definitiv că apa nu era un element simplu, ci un compus format din două elemente simple, oxigen și hidrogen.

După cum sa spus, apa este absolut esențială pentru viață; De fapt, atunci când omul încearcă să găsească viață în spațiu, pe oricare dintre planetele din sistemul nostru solar sau pe exoplanetele din afara sistemului nostru, el începe prin a căuta apă sau urme de picioare din care se poate deduce că cel puțin a fost apă acolo, vreodată.

Adevărul este că, în ciuda faptului că este un element esențial și extrem de abundent, care este prezent aproape peste tot, care face parte din aproape toate ființele și obiectele, vii sau neînsuflețite, în ciuda acestui lucru spun, este rar în multe și mari zone ale planetei noastre, și, din păcate, este rar pentru milioane de oameni din întreaga lume.

Dezastrele naturale legate de apă, cum ar fi seceta, inundațiile, furtunile tropicale, tsunami etc., au un impact uriaș asupra vieții de zi cu zi a planetei noastre. O mare importanță în aceste aspecte este forma în care este prezentată apa. Știm că, sub formă lichidă, absența sau prezența excesivă a acestui element ne creează destul de multe probleme, deoarece seceta lovește periodic multe țări, inclusiv unele dintre cele mai sărace de pe planetă și, pe de altă parte, inundațiile provoacă mari daune, uneori în aceleași țări. Aceste aspecte dăunătoare ale absențelor sau exceselor de apă, în faza sa lichidă, sunt practic legate de climă și respectiv de meteorologie și, dacă o extindem la faza solidă, cu apă sub formă de zăpadă sau gheață, se dovedește că importanța asupra vieții și moșiilor noastre crește enorm.

Acumularea de zăpadă poate servi ca depozit de bunăstare („Anul zăpezilor, anul bunurilor”, se spune zicala), dar poate fi și o sursă de probleme grave dacă se acumulează în orașe sau pe drumuri sau dacă se topește repede și din timp, deoarece ar duce la inundații. Pe de altă parte, evident căderea sa, sub formă de gheață, de la nori la sol are aspecte foarte negative pentru culturile agricole și chiar pentru integritatea caselor și a lucrurilor, teraselor, acoperișurilor, acoperișurilor, vehiculelor etc.

În același timp, rolul apei, odată depus pe pământ, în forma sa solidă, joacă un rol absolut esențial în climatul planetei noastre; Să ne gândim că cele mai mari zăcăminte de gheață care există pe Pământ, Antarctica, Arctica și ghețarii sunt, împreună cu curenții oceanici (de asemenea apă; deși de data aceasta în faza lichidă), adevărații controlori ai climei.

Practic, toate reacțiile chimice care apar în organismul uman și în cele ale majorității ființelor vii, atât animale, cât și plante, folosesc apa ca solvent. În diferitele funcții vitale ale corpului său, omul pierde cantități mari de apă, care trebuie recuperată; de aici și recomandările frecvente de a bea apă în fiecare zi, în afară de ceea ce deja ingerăm prin diferite alimente.

Un alt aspect, dintre numeroasele pe care le-am putea adăuga în continuare la importanța fundamentală a apei pe planeta noastră, este faptul că, dincolo de satisfacerea nevoilor de bază ale ființelor umane, în multe părți ale lumii, apa constituie una dintre principalele energii surse, prin producție hidraulică. Dar, nu după mult timp, este foarte probabil ca acest ajutor energetic din apă să crească semnificativ.

Scăderea dramatică a rezervelor mondiale de petrol va duce în câțiva ani, dacă nu se găsește mai întâi o soluție alternativă, la o criză energetică fără precedent care ar forța o schimbare drastică a modelului energetic actual și, împreună cu acesta, a modului nostru de viață. În această situație, totul pare să indice că viitorul energiei se bazează pe hidrogen, cel mai curat combustibil care există, foarte versatil și eficient, care poate transforma relațiile sociale și economice din întreaga lume, oferind în același timp speranță în realizarea a unei economii energetice susținute și durabile.

Avantajele utilizării hidrogenului ca combustibil sunt evidente: este o sursă abundentă de energie și arderea acestuia generează doar vapori de apă ca deșeuri, fiind un sistem energetic absolut nepoluant.

O problemă este că nu există depozite de hidrogen în care să se acceseze în mod direct, dar știm că se găsește în lemn, cărbune, petrol, gaze etc. și mai ales în apă, din care este cel mai simplu și mai curat mod de a extrageți acest hidrogen prin așa-numita electroliză, care separă hidrogenul de oxigen prin intermediul unui curent electric. În linia protejării mediului, ar fi foarte de dorit ca acest curent electric să provină din surse regenerabile de energie, cum ar fi instalații solare fotovoltaice sau parcuri eoliene, cu marele avantaj că, deoarece hidrogenul este un gaz, acesta ar putea fi stocat, astfel ajutând la rezolvarea uneia dintre cele mai mari probleme de energie, cum ar fi acumularea pentru a o putea avea, când și unde este nevoie.

Astfel, așa cum am spus la început, resursele de apă ale planetei, care sunt deja esențiale astăzi, pot deveni unul dintre puținele mijloace de supraviețuire și dezvoltare durabilă pe parcursul actualului secol XXI.