Newsgroup: it.scienza.chimica
Titolo: Pesa di più l'acqua naturale o quella gassata?

Ciao a tutti,
nel gruppo di fisica [it.scienza.fisica] ho postato questo piccolo
quesito ma, a dire il vero, non so se riguardi più la fisica oppure la
chimica, anche perchè cercando qua e là ho trovato parecchie
discussioni su pesi molecolari ecc. che però non ho saputo
riutilizzare per risolvere il mio piccolo problema. Q.cuno sa per caso
aiutarmi?
Di seguito ricopio il problema.
Successivamente il link per vedere come sia proseguito nell'altro
newsgroup la discussione.
Grazie mille per l'attenzione.
mk
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Pesa di più l'acqua naturale o quella gassata?
Buongiorno!
Ho provato a cercare 
q.ke
 risposta alla mia domanda prima di scrivere,
ma purtroppo non sono riuscito a trovare nulla.
Il mio dubbio è molto semplice, forse anche abbastanza ingenuo:
Pesa di più 1 litro di acqua naturale oppure 1 litro di gassata?
Posto che l'acqua in origine sia distillata (quindi 1l=1Kg esatto) e
che il sistema sia chiuso (quindi l'acqua o il gas non possono nè
aumentare nè diminuire), la mia idea è che, aggiungendo q.cosa nella
composizione, il peso aumenti. Tuttavia ho il dubbio che, il gas,
andando verso l'alto, in effetti renda più leggero il tutto o cmq che,
"occupi del posto" e quindi ci faccia stare meno acqua.
Q.cuno sa per caso rispondermi??? 
Grazie mille 
mk 
-------------

 mk
Scusa se la prendo alla lontana :)
A temperature inferiori a 0°C l'acqua è solida e non è in grado di
solubilizzare gas o solidi.
A temperature superiori a 100°C l'acqua è sotto forma di vapore, e in
questo caso si possono avere miscele di due o più gas diversi, mentre
con particelle solide si potrebbero formare aerosol.
Nell'intervallo di temperatura in cui l'acqua è liquida si possono
avere soluzioni, sciogliendo sali o facendo assorbire gas (ad es.
anidride carbonica).
Aumentando la concentrazione dei sali disciolti, normalmente aumenta
la densità, per cui l'acqua minerale è più pesante dell'acqua distillata
(o demineralizzata).
Per i gas disciolti, considerando la pressione costante, per temperature
vicine a 0°C avremo la massima solubilità, che decresce via via
aumentando la temperatura. Inoltre, aumentando la pressione del gas
presente sulla superficie dell'acqua, la solubilità dei gas aumenta.
Ne risulta che la quantità di CO2 che si può addizionare ad un'acqua
è tanto maggiore quanto più la temperatura dell'acqua è bassa e la
pressione del gas è alta.
Ad es., acque minerali carbonate naturali hanno un contenuto di CO2
dell'ordine di 2 g/l (a 20°C la solubilità è di circa 1 volume CO2/
per un volume di H2O); quando la CO2 viene addizionata artificialmente
si possono raggiungere i 15 g/l, che si liberano rapidamente aprendo la
bottiglia (cioè diminuendo la pressione interna).
Una piccola parte della CO2 assorbita si converte in acido carbonico,
acido debolmente dissociato in ioni idrogeno, ioni bicarbonato e ioni
carbonato.
Ciò premesso, e venendo alla tua domanda, penso (ma non ne sono sicuro,
potrei sbagliarmi) che si possa considerare l'acqua gassata come una
soluzione acquosa, il cui soluto (CO2) ha peso molecolare maggiore del
solvente (H2O): se ne dovrebbe quindi dedurre che la densità, a parità
di condizioni, è maggiore dell'acqua distillata.
Ciao, Nino


Secondo me il fatto che ci sono le bollicine che occupano un certo 
volume, si parlava di litro di acqua minerale ne riducono la densita' e 
quindi il peso. Pur concordando pienamente sul fatto che il contenuto 
in sali aumenta la densita', ma qui abbiamo gas disciolti che hanno 
densita' circa 800 volte meno dell' acqua ma che occupano del volume 
togliendolo all'acqua. Solo una buona bilancia ed un matraccio potranno 
sciogliere il dilemma :')
-- 
revenge

 sciogliere il dilemma :')
Niente bollicine. Una premessa indispensabile è considerare il sistema
all'equilibrio, quindi sottoposto ad una pressione parziale di CO2 tale da
mantenere disciolto il gas, altrimenti ci si trova di fronte ad un sistema
in evoluzione che perde continuamente CO2.
Il problema, piuttosto, è quanto la presenza del gas disciolto perturbi la
"struttura" dell'acqua facendone eventualmente variare la densità (basti
pensare ai clatrati formati da molecole apolari), problema qui complicato
dall'interazione chimica tra CO2 e acqua in dipendenza dal pH.
Quando si gorgoglia HCl o ammoniaca in EtOH fino a saturazione si misura un
notevole incremento in peso senza notare grossi cambiamenti di volume, e
sono tentato di pensare che questo sia vero anche in acqua, per cui io sono
d'accordo con Nino nel considerare l'acqua gasata più pesantedi quella
distillata.
Ciao
Tex


Anch'io pensavo che il gas avrebbe dovuto occupare del volume, togliendolo
all'acqua; ma in questo caso, si dovrebbe parlare più propriamente di
"gas disperso" (miscela eterogenea, con bollicine visibili) e non di
"gas disciolto", in cui la soluzione liquida appare omogenea.
E' vero che l'aria ha densità circa 800 volte minore dell'acqua (la CO2
500 volte meno); però...
Lasciamo perdere le acque minerali gassate, con addizione anche di 15 g/l
di CO2, che a c.n. sono più di 7 litri e mezzo (per farli assorbire in
acqua, affinchè risulti un litro finale, quale dovrebbe essere la pressione?
E quale sarebbe il volume occupato dal gas e "tolto" all'acqua?
Per assurdo, con 15 atm si avrebbero 500 ml di acqua e 500 cc di gas, e,
nel litro finale, paradossalmente la densità sarebbe (500 + 15) / 1000 =
0,515 g/ml, il che è completamente fuori da ogni logica, e mi porta a
pensare che, solubilizzandosi, i gas non si portano dietro separatamente
il loro volume).
Esaminiamo 1 litro di un'acqua naturale a 20 °C satura di CO2 (stesso volume
di CO2 disciolto in ugual volume di H2O). E' ragionevole immaginare che un
litro di tale acqua pesi circa 1 kg (1002 g, se la CO2 non togliesse spazio
all'acqua). Invece, se fosse vera la tua ipotesi, trovandoci a P ambiente,
ci sarebbero solo 500 ml di acqua (+ 500 di gas), per un peso di poco
superiore a 0,5 kg (che si può tranquillamente escludere a priori).
Come dici, servirebbe la prova sperimentale...
Comunque, mi piacerebbe sapere come la pensano anche gli altri.
Nino 

Nino ha scritto:

beh, si portano dietro il "covolume", al limite, come sola prima 
stima (al riguardo quoto interamente l'ottimo post di Busto, con 
esempi ben calzanti e concettualmente analoghi al dubbio 
presente) ossia il corrispettivo volume che avrebbero in fase 
condensata. Ora a P.A. mi pare che la fase condensata della CO2 
sia quella solida, e al limite sarebbe il corrispondente volume 
ad essere spostato.
Cmq sia la stima è solo grossolanamente orientativa e si adatta 
essenzialmente (manco troppo bene) solo a molecole sferiche sia 
di solvente che di soluto e tali da non interagire tra loro.
In realtà l'acqua ha struttura dinamico-semicristallina anche in 
liquido, con un gran numero di legami idrogeno che la rendono 
meno densa di quanto non sarebbe senza, e legami si formano pure 
con la CO2, per cui dire dove starà la densità è problematico.
Su questo non faccio stime, dal momento che se invece 
dell'esempio di Busto Brewers, ammoniaca etanolo, si fosse 
scelto quello appunto di ammoniaca acquosa, vi sarebbe stato un 
pareggio, e sostituendo l'acido forte a uno debole, ossia
HF gas sciolto in acqua >> soluzione più densa
NH3 gas sciolta in acqua >> soluzione meno densa
ora forse la CO2 somiglia più all'esempio che addensa, ma a 
priori non è semplice dirlo. Il fatto che in parte si idrati ad 
acido carbonico, dovrebbe ulteriormente "appesantire" la soluzione.
Il caso dell'etanolo è molto diverso, in quanto questa molecola 
è "caotica", contiene più vuoti tra molecola e molecola, e 
quindi si presta bene ad ospitare anche un soluto leggero come 
NH3 senza grosso incremento di volume.


Per farci rimanere nel dubbio, il sito di un'acqua minerale abbastanza 
famosa (chiedere all'uccellino di Del Piero!) riporta come densità 
dell'acqua 1,00 senza specificare la temperatura: ora, l'acqua di preciso 
non ha mai quella densità, ma quell' 1,00 mi sa tanto di valore 
approssimato, anche se sono dell'idea che l'acqua minerale sia più densa 
dell'acqua distillata, ma il mio ragionamento è ..... ingegneristico, quindi 
sbagliato secondo i miei amici fisici :-)
Cmq, a parte i composti gassosi disciolti nell'acqua, dobbiamo considerare 
anche quelle piccole, piccolissime percentuali (ppm) di composti solidi 
(metalli) presenti, che sicuramente, volendo essere pignoli al massimo, 
aumentano la densità dell'acqua. Poi che si riesca o no ad apprezzarne la 
differenza.... non è compito mio :-)))))))))

Ma è così semplice........ragazzi ragazzi ragazzi, agiamo 
scientificamente; partiamo da una semplice osservazione sperimentale:
Un uomo sui 45 anni, ragioniere, che beve acqua minerale perrier riceve 
una spinta dal basso verso l'alto pari alla quantità di bottiglie che si 
è scolato.
Ne deduciamo inconfutabilmente che l'acqua minerale gasata è più leggera 
di quella naturale fino al momento in cui non avvengano fatti che 
alterino l'equilibrio. Non sono ancora definitivi i dati della 
ferrarelle sui quali non c'è pieno accordo, stando a testimoni 
soffrirebbe di terribili crisi di identità.
Da vostro TROY MClure per oggi è tutto

>(legge di Henry) della CO2 viene solubilizzata nel liquido.
(rif. alla legge di henry: 
http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Henry
)
Secondo quanto detto da Mark, potrebbe essere ragionevole pensare che
nel volume occupato dal gas CO2  in acqua vi siano meno molecole di
quante ve ne sarebbero di H2O (dato dalla differenza di pressione delle
due sostanze)?
Quindi potrebbe essere ragionevole pensare che l'acqua naturale pesi di
più perchè più densa?
- Contesto 2.
Se a livello molecolare la CO2 pesa di più dell'H2O, lo stesso numero
di molecole, nello stesso volume, mi farebbero pesare di più l'acqua
gassata?
Mettendo sotto pressione quindi l'anidride carbonica (CO2) fino a farla
diventare liquida e poi inserirla nell'acqua, "tagliare" un litro di
questa soluzione e chiudere per non far uscire nulla, non mi farebbe
pesare di più l'acqua gassata appunto?
- Domanda
Con differenti pressioni/temperature, il comportamento dell'acqua
gassata (e quindi anche quello dell'acqua naturale), sarà sempre lo
stesso?
Caso "reale": temperatura ambiente (20°C) a pressione 1 (livello del
mare)
Caso "ipotetico" 1: a 10.000 metri sotto il mare
Caso "ipotetico" 2: sulla luna
Come possiamo risolvere questo arcano??
Mi scuso in anticipo nel caso vi sia 
q.ke
 incorrettezza e prego chi
più esperto di me di correggere pure.
Secondo voi, esiste una soluzione? Oppure un problema così semplice in
realtà non ha alcuna risposta reale?

 in realt=E0 non ha alcuna risposta reale?
Non ti do la risposta, perche' non la so.
E del resto mi e' sembrato che anche la risposta alla tua domanda
iniziale non la sapesse nessuno, il che non e' una colpa, perche' non
si puo' rispondere su basi teoriche senza affrontare il problema ... per
le corna.
La via piu' semplice e' cercare dei dati sperimentali, e mi pare che
anche quelli non si siano visti...
Ecco perche' ti propongo una descrizine microscopica, che faccia
almeno capire da che cosa potrebbe dipendere la risosta.
Per cominciare, dimentichiamo il fatto che H2O e' liquida e CO2 e' gas
a condizioni normali. Questo c'entra poco o niente.
Va invece considerato che H2O liquida e' fatta di molecole debolmente
legate fra loro, che formano una specie di "cristallo" continuamente
rimescolato. Ma sempre le molecole sono vicine, con gli H di una che
stanno prossimi agli O di altre.
(BTW, certamente conosci la struttura a V aperta delle molecole di
H2O.)
Quando CO2 va in soluzione, che cosa capita? Queste molecole sono
lineari: O-C-O. Una di queste molecole si lega a una di H2O, formando
H2CO3 (acido carbonico). Poi alcune di queste molecole perdono un H,
ma sono poche, e possiamo trascurarle.
Per capire quindi se la densita' aumenta o no, bisognerebbe sapere
quanto spazio prende una molecola di H2CO3 rispetto a una di H2O. Se
per es. fosse doppio (come volume) la densita' aumenterebbe. Se fosse
triplo, aumenterebbe pure, ma non molto (perche' la massa di CO2 e' un
po' piu' che doppia di H2O). Se fosse quadruplo, la densita'
diminuirebbe.
La cosa difficile e' appunto prevedere la distribuzione geometrica dei
vari atomi, i legami deboli che si formano, quindi il volume occupato.
Se dovessi buttare li' una previsione, tanto per dire qualcosa,
propenderei per un aumento.
Pero' c'e' da considerare un'altra cosa: la solubilita'.
A temperatura ambiente, e a 10 atmosfere, troverai circa 6 molecole di
CO2 ogni 1000 di H2O.
Capisci quindi che l'aumento di densita', anche se c'e', sara' molto
piccolo: qualche per mille.
 
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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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 comprensibile ai ragazzi.
in un altro linguaggio certo meno cristallino e più da addetti 
ai lavori, ma cmq anche Tex aveva abbozzato l'approccio nel 
medesimo modo.
Aggiungo anche un'altra sottigliezza che potrebbe far svariare 
quel misero poco per mille di differenza attesa.
Oltre alla buca ritagliata direttamente per lo spazio vivo della 
molecola di CO2 stessa (e che sposta una certa parte di acqua), 
bisogna anche considerare qualche guscio di solvatazione 
ulteriore, non so fino a che distanza e di certo molto meno che 
per gli ioni, ma cmq un po' si. Cmq l'effetto (se ordinante o 
disordinante dipende dalle sostanze e nello specifico non saprei 
prevederlo) su quei cristalli mobili dei dintorni esiste e può 
anche esso un po' variare.
Per il resto, si, spiegato come hai fatto è di certo più 
accessibile a chiunque
ciao
Soviet_Mario
