Potere mimetico dell’acqua

In questo articolo scopriremo la grande capacità dell’acqua ad adattarsi al tipo di soluto con cui reagisce. 

Prendiamo come esempio il catione Cl7+, ossia l’atomo di cloro privato dei sette elettroni più esterni e analizziamo il suo comportamento in acqua pura. Si tratta di un atomo di piccole dimensioni(1) e dunque potrà essere solvatato al massimo da quattro molecole d’acqua:

Cl7+ + 4 H2O –> [Cl(H2O)4]7+

Applicando le regole che abbiamo imparato ad utilizzare negli articoli precedenti e facendo uso della tabella di Henry, otteniamo:

q(H) = 0,507(EN + 2,1) = +0,80

Si tratta del quadruplo del q(H) per l’acqua pura (+0,20); il livello di polarizzazione del legame O – H da parte del soluto risulta talmente elevato che, piuttosto che solvatare lo ione Cloro, il protone preferirà legarsi all’acqua mediante legame O – H, il cui q(H) è decisamente minore q(H) = +0,32(2).

I chimici chiamano “idrolisi”(3) questa fuga dei protoni dal nucleo centrale A) di solvatazione verso la zona B)(4). Per sapere quando un tale processo si arresta basta riprendere la formula che mette in relazione l’elettronegatività con in pH(5):

EN(H2O) = 2,732 – 0,035pH  (2)

Il processo si arresterà quando il pH relativo al catione idrolizzato eguaglierà quello relativo al catione non idrolizzato. Per effettuare questo calcolo generalizziamo la formula (1) soprariportata:

Dove “n” rappresenta il numero di protoni perduti dalla specie [Cl(H2O)4]7+ che dunque diventa [Cl(H2O)4](7-n)+.

Eguagliando la (2) e la (3) si ottiene:

Da cui si ricava:

Nelle condizioni di massima acidità (pH≈0), si trova n= 8,3 > 8. Questo valore ci indica inequivocabilmente che anche in condizioni di acidità estrema la zona di solvatazione dello ione Cl7+ (zona A) risulterà priva di protoni. Queste considerazioni ci permettono di concludere che nella soluzione, piuttosto che cationi Cl7+ troveremo anioni ClO4. In effetti è esattamente ciò che si ritrova in pratica; l’approccio lagrangiano ci ha consentito di verificare con calcoli semplici il fatto sperimentale.

Generalizzando il concetto possiamo concludere che, in queste condizioni, l’acqua in zona A) perde completamente le sue capacità anioniche e mantiene esclusivamente quelle cationiche. L’esempio che abbiamo approfondito in questo articolo mostra come l’acqua sia in grado di adattarsi meravigliosamente al tipo di soluto col quale si trova a coesistere.    

Torino 15 marzo 2020

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Il suo raggio atomico è pari a circa 0,2 Ångström.

(2) Come abbiamo visto nell’articolo precedente “Relazione fra elettronegatività e pH per l’acqua”, abbiamo visto che il legame O – H corrisponde a [H+, (H2O)2] equivalente a [H5O2]+  con EN = 2,732 e q(H) = 0,507(EN – 2,1) = +0,32.

(3) In formule si può scrivere:

[Cl(H2O)4]7+ + 2H2O –> [ClOH(H2O)3]6+ + [H2O]+

Facendo gli stessi calcoli dell’EN fatti per [Cl(H2O)4]7+ si ottiene per il catione idrolizzato EN[Cl(H2O)4]7+ = 3,63 contro un valore di 3,67 per il catione non idrolizzato [ClOH(H2O)3]6+. Se si continuano a sottrarre protoni si arriva ad un valore minimo di EN pari a 2,86 corrispondente all’anione [ClO4]+ (ione iperclorato).

(4) Come visto nella nota 3) dell’articolo precedente “Potere solvatante dell’acqua”, l’acqua in presenza di soluto è composta di nuclei di solvatazione (zona A che i chimici chiamano “sfera di coordinamento”), circondati da acqua pura (zona C) e, tra zona A) e zona C), esiste una zona B) di interfaccia in cui le molecole d’acqua subiscono l’influenza sia da parte delle molecole della zona A), sia di quelle imperturbate della zona C).

(5) Vedi l’articolo precedente “Relazione fra elettronegatività e pH per l’acqua”.

Relazione fra elettronegatività e pH per l’acqua

Nel capitolo precedente, nell’acqua in presenza di soluti abbiamo identificato 3 zone:

ZONA A)              Acqua polarizzata perché in contatto diretto col soluto

ZONA B)              Acqua con proprietà intermedie fra quella della zona A) polarizzata e quella

della zona C) non perturbata dal soluto

ZONA C)              Acqua non perturbata dal soluto.

Cominciamo con l’approfondimento delle caratteristiche dell’acqua appartenente alla zona A).

La prima osservazione da fare è che la molecola d’acqua imperturbata ha polarità negativa pari a -0,40 sul lato dell’ossigeno e polarità positiva pari a 0,20 + 0,20 = +0,40 sul lato dei due atomi di idrogeno(1). Questo significa che le interazioni avvengono sia con gli ioni positivi (legami a ossigeno), sia con quelli negativi (legami a idrogeno).

Osserviamo anche che tutti i soluti saranno sempre solo parzialmente schermati dalle molecole d’acqua perchè non avranno mai elettronegatività esattamente pari a ±0,40. Fanno eccezione le sostanze apolari come ad esempio gli olii e i grassi che non mostrano alcuna interazione con le molecole d’acqua e per questa ragione vengono definite sostanze idrofobe. In questo caso si assiste a fenomeni di precipitazione o di “segregazione” dove cioè, molecole d’acqua “circondano” le molecole della sostanza idrofoba.  

Se dovessi analizzare l’interazione fra l’acqua e i soluti solo dal punto di vista elettronico, le tre categorie di sostanze che abbiamo descritto – polari positive, polari negative e apolari – sarebbero sufficienti a descrivere tutte le casistiche e non avrei nient’altro da aggiungere; in realtà occorre analizzare le cose anche dal punto di vista protonico, dato che l’atomo di idrogeno privato del suo elettrone H+, altro non è che un protone.

Anche in questo caso, per gli stessi motivi addotti nel caso elettronico, l’approccio lagrangiano ci consente di semplificare di molto l’analisi di fenomeni che – è meglio non dimenticarlo mai – sono di natura quantistica.

Lo ione idrogeno (cioè il protone) è molto piccolo e può essere solvatato al massimo da due molecole di acqua (H5O2+). Se una terza molecola d’acqua tentasse di avvicinarsi alla zona A) di solvatazione, le due molecole d’acqua già presenti si avvicinerebbero talmente tanto che le rispettive “nuvole elettroniche” degli atomi di ossigeno appartenenti a queste molecole si respingerebbero fra loro perché l’effetto elettrostatico comincerebbe a farsi sentire in modo rilevante(2).    

Proviamo a calcolare i valori di q e di EN come ormai abbiamo imparato a fare negli articoli precedenti e facendo uso della solita tabella di Henry.

La differenza fra q(H) e q(O) è talmente piccola da rendere altamente improbabile la presenza di protoni liberi, a meno che non siano particolarmente numerosi. Una diluizione molto spinta porta ad una naturale dissociazione delle molecole d’acqua tale da garantire una concentrazione costante di protoni(3).

Come abbiamo visto negli articoli precedenti, nel caso dell’acqua pura il valore di EN è pari a 2,49(4) quindi, in virtù della natura quantistica del protone, si può affermare che, in base alla concentrazione protonica nell’acqua, il valore di EN varia fra 2,73 e 2,49.  Questo fatto ci consente di trovare un’importantissima correlazione fra l’elettronegatività e il pH(5).

La formula chimica che definisce il potenziale chimico degli elettroni – e dunque anche dei protoni – è la seguente:

Essendo:

  • μ        il potenziale chimico elettronico (=protonico) in acqua avente concentrazione di ioni idrogeno pari a cH
  • cH       la concentrazione di protoni (o di ioni idrogeno che è la medesima cosa)
  • μH0    il potenziale chimico elettronico (=protonico) in acqua pura
  • R        la costante dei gas perfetti pari a 8,314 J/mol K
  • T        la temperatura assoluta misurata in K
  • Ln. il logaritmo naturale

Tenendo conto del fatto che pH = -log(cH) e che Ln(x) = 2,3·Log(x) (6) la relazione precedente può essere scritta così:

Tenendo conto del fatto che il potenziale elettrochimico è proporzionale all’elettronegatività e chiamando k il coefficiente di proporzionalità possiamo scrivere:

Dunque possiamo scrivere:

Per determinare il valore di k basta considerare che a 25°C (= 298,15 K) con pH = 7 abbiamo EN(H2O) = 2,491 e dunque:

Così otteniamo finalmente la relazione fra elettronegatività dell’acqua e il suo pH:

Questa è una relazione fondamentale che discende direttamente dal fatto che i protoni – come gli elettroni – sono particelle indistinguibili fra loro e non localizzabili con precisione; ciò ha conseguenze importantissime per la materia inanimata ma, soprattutto, per quella animata; più in là nel nostro percorso di approfondimento di questo elemento così affascinante come è l’acqua avremo modo di approfondire le conseguenze di questa relazione.

Torino 29 febbraio 2020

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Si faccia riferimento all’articolo precedente “La chimica semplice applicata all’acqua”.

(2) In realtà in zona B) esiste uno strato di molecole H9O4+,  ma queste si trovano ad una distanza tale da rendere irrilevante l’effetto elettrostatico fra gli atomi di ossigeno.

(3) Ad esempio, a 25°C la concentrazione minima in protoni non può essere minore di 10-7 moli/litro;  

(4) Si faccia riferimento all’articolo precedente “Potere solvatante dell’acqua”.

(5) pH = -log(cH) è proprio la concentrazione di protoni di cui stimo discutendo. Il pH varia fra i valori 0 (massima acidità) e 14 (massima basicità). In riferimento alla nota 2) precedente, la concentrazione minima corrisponde ad un pH = -log(10-7) = -(-7)log(10) = 7 che corrisponde ad un pH neutro. 

(6) “Ln” è il logaritmo naturale, cioè in base 2,718, mentre “Log” è il logaritmo in base 10.

Potere solvatante dell’acqua

Riprendiamo i ragionamenti fatti nel precedente articolo ma ponendo il focus sul solo ione sodio circondato (solvatato) da “n” molecole d’acqua e trascuriamo per ora lo ione cloro. Rifacendo gli stessi calcoli otteniamo: 

Risolvendo il sistema si ottiene:

Ricordando che EN = EN(Na) = EN(H) = EN(O), una volta ottenuto il valore di EN si ottengono facilmente i valori di q(Na), q(H) e q(O):

Verifichiamo la variabilità di questi valori in funzione del numero “n” di molecole d’acqua che circondano (solvatano) lo ione sodio. In particolare analizziamo i valori di EN, q(Na), q(H) e q(O) al variare di “n” riassunti in tabella:

Si può constatare che EN, q(Na), q(H) e q(O) per n > 2 variano pochissimo. In particolare si vede che già per valori di n pari a 9 ci avviciniamo all’elettronegatività dell’acqua pura pari a 2,49.

Rifacendo gli stessi calcoli per lo ione cloro (trascurando dunque temporaneamente lo ione sodio) otteniamo:

Anche per il cloro si può constatare che EN, q(Cl), q(H) e q(O) oltre un certo valore di n variano pochissimo. In questo caso anziché n > 2 abbiamo n > 8 ma vale lo stesso discorso. Nel caso del cloro inoltre, per arrivare ai valori di elettronegatività prossimi a quelli dell’acqua pura occorre arrivare a n> 150.

Anche se noi in questi due ultimi articoli abbiamo fatto i nostri ragionamenti col cloruro di sodio, è forse inutile sottolineare che questo semplice metodo è generalizzabile a tutti i soluti(1)

Partendo dal numero di atomi d’acqua nmax al disopra del quale essa non è praticamente più in grado di polarizzare l’atomo soggetto a solvatazione, e tenendo conto che questo numero è variabile da atomo ad atomo, è possibile individuare per ciascun atomo un raggio d’azione dell’effetto polarizzante(2).

Ad esempio, per l’atomo di sodio (nmax= 20) otteniamo rmax ≈ 5 Å e per il cloro (nmax= 150) otteniamo rmax ≈ 10 Å.

Questo risultato è estremamente importante perché, pensandoci bene, partendo dall’approccio lagrangiano, siamo arrivati a trovare la dimensione delle zone di solvatazione, cioè la dimensione di porzioni in cui l’acqua è perturbata rispetto ad altre porzioni in cui l’acqua non lo è(3).

Alcuni chimici(4) individuano i soluti cosiddetti “interruttori” come il sodio, dove è difficile distinguere la zona A dalla zona B: in presenza di questo tipo di soluti, l’acqua ha difficoltà a riorganizzarsi. I soluti cosiddetti “strutturanti” al contrario, favoriscono una separazione netta della zona A dalla zona B. Quest’ultima specie di soluti sono in grado non solo di interrompere i legami a idrogeno, ma anche di riorganizzarli cambiando la configurazione che avevano precedentemente(5).

L’approccio lagrangiano ci ha consentito di identificare le porzioni di influenza della solvatazione ma purtroppo non ci consente di capire meglio quali sono le modifiche strutturali dell’acqua appartenente alla zona di interfaccia fra acqua di solvatazione e acqua imperturbata. Ad esempio sarebbe interessante capire meglio come cambia il rapporto fra pentameri ed esameri in funzione del soluto coinvolto nella solvatazione. La potenza e velocità di calcolo degli attuali calcolatori consente di fare questo tipo di simulazioni; purtroppo non sono ancora riuscito a trovare studi in tal senso.

Torino 9 febbraio 2020

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) La formula generale valida per qualunque tipo di atomo è:

Essendo:

  • n            il numero di atomi d’acqua solvatanti
  • z             il numero atomico dell’atomo A solvatato
  • EN(A)    l’elettronegatività dell’atomo A solvatato

(2) Partendo dal numero di Avogadro N = 6,02×1023 e sapendo che in base alla massa molecolare, N molecole d’acqua occupano 18 cc, ogni molecola d’acqua occupa mediamente 18/N = 3,1×10-23 cc. Chiamando nmax il numero massimo di molecole d’acqua al disopra del quale non vi è praticamente più effetto polarizzante, il volume in questione è pari a 3,1nmax10-23 cc, ossia una sfera di raggio pari a circa  

(3) La figura sotto riportata rappresenta la zona circostante agli atomi solvatati. Nella fattispecie, la zona A rappresenta le molecole d’acqua direttamente a contatto col soluto S e dunque più o meno polarizzate a seconda dell’atomo solvatato (in chimica questa zona di influenza del soluto è chiamata “sfera di coordinamento” ed ha un raggio medio all’incirca costante e pari a circa 5 Å). La zona C rappresenta l’acqua non interessata alla solvatazione e dunque si presenta sottoforma di molecole d’acqua soggette al legame idrogeno e dunque disposte in catene lineari più o meno lunghe o in catene cicliche. Infine la zona B è una zona di interfaccia in cui le molecole d’acqua subiscono l’influenza sia da parte delle molecole della zona A, sia di quelle imperturbate della zona C. Il raggio minimo della zona B è pari a quello della zona A (≈5 Å) mentre il raggio massimo è calcolabile con la formula indicata nella nota 2) precedente.

(4) Ad es. si veda H.S. Frank & W.Y. Wen – Discussions of the Faraday Society – 24, 133 (1957).

(5) In un successivo articolo approfondiremo meglio questo tema.

L’acqua impura

Il concetto di purezza non è altro che una idealizzazione perché tutto è imperfetto. Anche se dovesse mai nascere qualcosa di puro esso verrebbe istantaneamente contaminato e perderebbe dunque la sua purezza. L’acqua non fa eccezione e dunque la domanda è lecita: ha senso studiare tanto approfonditamente l’acqua pura se, in pratica essa la troviamo sempre mista a particelle in sospensione/soluzione, o con gas disciolti al suo interno o contaminata in altro modo?

Proviamo ad approfondire il comportamento dell’acqua in presenza di altre sostanze cominciando con l’acqua salata del mare e che costituisce una quota importante del liquido amniotico.

Il sale da cucina contenuto nell’acqua di mare è quasi totalmente costituito da ioni sodio e ioni cloro che si combinano per dare il Cloruro di sodio NaCl e lo si ottiene molto facilmente come residuo solido facendo banalmente evaporare l’acqua. Utilizzando il metodo semplificato dell’elettronegatività già utilizzato in precedenza per l’acqua(1), dalla tabella di Henry otteniamo per il sodio EN0(Na)=1,01 e per il cloro EN0(Cl)=2,83 e applicando le formule già viste in precedenza(1) otteniamo:

Per il principio di conservazione della carica abbiamo q(Na) + q(Cl) = 0 e per la molecola di cloruro di sodio vale la relazione EN(Na) = EN(Cl) = EN(NaCl).

Facendo i calcoli otteniamo: EN(NaCl) = 1,70   q(Na) = +0,50 e q(Cl) = -0,50.    

Eseguiamo il medesimo calcolo per l’HCl ricordando che per l’idrogeno dalla tabella di Henry troviamo EN0(H) = 2,1 e per il cloro abbiamo q(Cl) = -0,17. Come si vede, la differenza di elettronegatività è assai rilevante: -0,50 contro -0,17; è questo il motivo per il quale l’atomo di cloro piuttosto che unirsi a quello di idrogeno per dare origine ad un gas maleodorante come l’acido cloridrico (HCl), predilige unirsi a quello di sodio dando vita ad un cristallo solido a struttura cubica(2). Tenendo conto che nel cloruro di sodio allo stato di vapore, la distanza fra atomo di sodio e atomo di cloro è circa pari a 2,36 Å, applicando la legge di Coulomb si trova un’energia elettrostatica pari a -35 kcal/mol(3), cioè quasi il triplo di quella relativa al legame a idrogeno(4). Si tratta dunque di un legame che rimane molto stabile anche ad alte temperature.    

Le cose cambiano radicalmente se gettiamo il sale in acqua. Immaginiamo idealmente di poter avvicinare una molecola d’acqua ad una di cloruro di sodio sufficientemente da ottenere una molecola NaClH2O, cioè tanto vicino che la nuvola elettronica ronzi attorno all’insieme di tutti gli atomi costituenti questa nuova “molecola”. Applicando il nostro metodo a questo nuovo insieme di atomi otteniamo:

Anche in questo caso, per il principio di conservazione della carica abbiamo q(Na) + q(Cl) + 2q(H) + q(O) = 0 e anche per questa nuova “molecola” vale la relazione EN(Na) = EN(Cl) = EN(H) = EN(O) = EN(NaClH2O) in quanto siamo partiti da due molecole – quella dell’acqua e quella del cloruro di sodio – entrambe neutre.

Il risultato è EN(NaClH2O) = 2,13 q(Na) = +0,82 q(Cl) = -0,31 q(H) = +0,02 q(O) = -0,54.

Constatiamo che il valore di q(Na) è cresciuto notevolmente passando da +0,50 a +0,82. Se aggiungiamo altre molecole d’acqua all’insieme e rifacciamo i calcoli per una ipotetica “molecola” NaCl(H2O)n costituita da una molecola di cloruro di sodio e “n” molecole d’acqua, all’aumentare del numero di molecole d’acqua otteniamo un progressivo aumento del valore di q(Na) fino superare +1,0 (=2×0,5), valore tale da rendere più conveniente per il sodio associarsi all’acqua piuttosto che al cloro(5). Per sapere quanto vale “n” affinchè q(Na) ≥ +1 basta applicare la formula q(Na) + q(Cl) + 2nq(H) + nq(O) =0.

A calcoli fatti risulta un valore di “n” compreso fra 4 e 5, molto vicino a 5, il che significa che quando il rapporto fra molecole di H2O e NaCl supera 5, il sodio preferirà unirsi alle molecole di acqua piuttosto che associarsi al cloro. Tenendo conto che il cloruro di sodio ha massa molecolare pari a 58,44 g/mol e che l’acqua ha 18,02 g/mol, se in una pentola versiamo cento grammi di sale da cucina in 1.000 grammi d’acqua e poi accendiamo il fornello per far evaporare l’acqua, finchè l’acqua liquida non si ridurrà a soli 154 grammi non assisteremo alla precipitazione del sale sottoforma di cristalli solidi. In altre parole, il sale da cucina è talmente solubile in acqua che basta un rapporto in peso di 2:3 per avere completa solubilità.Raccontato in altre parole, le molecole d’acqua, organizzate in gruppetti, circuiscono gli atomi di sodio invitandoli a interrompere il loro rapporto monogamico col cloro per passare ad un rapporto poligamico. Per far ciò le molecole d’acqua circondano letteralmente il sodio come farebbe un gruppo di invitanti sirene che, per essere sempre più convincenti aumentano via via di numero finchè non riescono a “convincere” il malcapitato atomo di sodio a tradire il cloro e a cominciare una relazione “orgiastica” con loro. A quel punto il sodio, circondato dalle molecole d’acqua, non può far altro che abbandonare il cloro e farsi circuire dalle molecole d’acqua. I chimici chiamano questo fenomeno solvatazione.  

Torino 19 gennaio 2020

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Vedi l’articolo precedente “La chimica semplice applicata all’acqua”.

(2) Come mostra la figura sottoriportata, nel cristallo di cloruro di sodio ogni atomo di sodio è circondato da sei atomi di cloro e viceversa, ogni atomo di cloro è circondato da sei atomi di sodio.

(3) Partendo dalla formula E = e2q1q2/(4πε0r) (con r espresso in Å) e ponendo e2/4πε0 = 332, r= 2,36,  q1 = +0,50 e q2 = -0,50, otteniamo E = -35 q1q2/r = [kcal/mol].

(4) Vedi l’articolo precedente “La chimica semplice applicata all’acqua”.

(5) Il grafico sottostante mostra l’aumento asintotico dell’elettronegatività del sodio all’aumentare delle molecole d’acqua vicine all’atomo. Si vede facilmente che quando abbiamo più di 5 molecole d’acqua per ogni molecola di cloruro di sodio, il sodio si scombina dal cloruro di sodio e si associa all’acqua.

Forma polimerica dell’acqua

Gli approfondimenti fatti nell’articolo precedente “La chimica semplice applicata all’acqua”, ci portano in modo naturale verso una modellizzazione dell’acqua liquida di tipo polimerico(1) e, in particolare, da quanto visto finora è facile constatare che questo tipo di associazione polimerica delle molecole d’acqua difficilmente dovrebbe mantenersi a temperature superiori a 100°C; in realtà è stato dimostrato sperimentalmente che la forma dimerica coesiste anche allo stato di vapore e a temperature ben superiori ai 100°C(2). Ma in ogni caso a noi interessa ciò che accade a temperature inferiori ai 100°C dove, al ridursi della temperatura cominciano a manifestarsi forme oligomeriche via via più complesse. In particolare le molecole possono associarsi in fila indiana a formare catene lineari via via più lunghe (forme alifatiche), ovvero assumere forme a catena chiusa (associazioni di tipo aromatico). Senza entrare troppo nel dettaglio della fisica che sottende a questa materia, conoscere i dettagli di questo modello detto “modello continuo” (o anche chiamato modello polimerico) corrisponde a conoscere la struttura dell’acqua a certe condizioni di temperatura e pressione ed equivale ad essere in grado di rispondere ai seguenti punti:

  • Conoscere il numero di molecole coinvolte rispettivamente da zero, uno due, tre o quattro legami a idrogeno
  • Sapere quante delle molecole coinvolte dai legami idrogeno formano oligomeri a catena aperta rispetto a quelli a catena chiusa
  • individuare la forma tipologica in funzione del numero di cicli o di catene aperte

Se aggiungiamo il fatto che il tutto si gioca in domini di dimensione compresa fra 3 e 20 Angstron, è facile capire perché siamo lontani dal poter ambire a conferme di tipo sperimentale mentre esistono diverse valide simulazioni numeriche. La simulazione di qualche migliaio di molecole richiede già risorse di calcolo importanti; la simulazione di un’intera goccia d’acqua (costituita da circa 1021 molecole) sarebbe assai più onerosa. Il modello polimerico considera l’acqua liquida come una rete di legami idrogeno più o meno regolari e risponde molto bene a molti quesiti squisitamente chimici.  I fisici preferiscono il cosiddetto “modello discreto” dove l’acqua è costituita da una miriade di microscopici ghiaccioli, ciascuno costituito da non più di un centinaio di molecole e aventi vita media brevissima (il tempo intercorrente fra la formazione del ghiacciolo ed il suo dissolvimento è pari a circa un pico-secondo). Il motivo di tale preferenza da parte dei fisici è che questo modello, al contrario di quello polimerico, può essere riscontrato sperimentalmente mediante l’uso della spettroscopia infrarossa o Ramàn. Nella scelta fra i due approcci ci troviamo dunque davanti al dilemma di un modello – quello continuo –  non sperimentabile ma che riesce a spiegare quasi tutti i comportamenti cosiddetti “anomali” dell’acqua, rispetto al modello discreto, riscontrabile sperimentalmente ma che non riesce a spiegare molti dei comportamenti anomali dell’acqua liquida. Comunque vediamo un po’ più in dettaglio il modello discontinuo al fine di verificare in cosa si discosta dal modello continuo. Cominciamo col cercare di capire cosa sia esattamente il ghiaccio e perché si forma. Man mano che la temperatura scende, l’energia termica riesce sempre meno a contrastare l’effetto aggregante dei legami a idrogeno i quali favoriscono la formazione di polimeri a forma lineare e ciclica con un aumento percentuale della forma ciclica rispetto a quella lineare man mano che la temperatura scende. In particolare nell’acqua fredda la concentrazione di aggregati a cinque molecole (pentameri) e a sei molecole (esameri) risultano predominanti rispetto ad aggregati con numeri di molecole inferiori o superiori(3).  Analizzando il ghiaccio mediante diffrazione ai raggi X (o ancor meglio neutroni) troviamo il tipico reticolo esagonale; per ovvie ragioni di elettrostatica i vari layers non potrebbero mai essere pentagonali, pena l’instabilità della struttura cristallina. Ecco dunque che al disotto di 10°C, i cicli esagonali cominciano ad aggregarsi fra loro espandendosi e costringendo i cicli pentagonali ad occupare gli interstizi rimasti disponibili. Al disotto di 0°C gli esameri diventano predominanti e tendono ad occupare tutti gli spazi costringendo i pochi pentameri rimasti a disgregarsi, a “evadere” dalla matrice cristallina in formazione e a tornare molecole monomeriche. A questo punto risulta anche facile capire perchè il ghiaccio, essendo formato unicamente da layers esagonali regolarmente sovrapposti l’uno sull’altro risulti meno denso dell’acqua liquida fredda (cioè a temperatura compresa fra 0°C e 4°C) dove le lacune delle matrici esagonali ancora incomplete vengono colmate da pentameri(4).     

Il modello dei “ghiaccioli microscopici” prevede invece una gran quantità di molecole completamente disordinate fra le quali sono incluse piccole porzioni formate ciascuna da solo un centinaio di molecole completamente ordinate  in forma esagonale. E’ difficile spiegare come così poche molecole ordinate abbiano l’energia per incentivare la disgregazione o, ancor peggio, per aggregare nuove molecole libere d’acqua originariamente slegate fra loro. Inoltre, non avendo a che fare con un mezzo omogeneo, l’energia in questione sarebbe esclusivamente di tipo interfacciale. Queste problematiche non si pongono invece per il modello polimerico in quanto il mezzo risulta tutto omogeneamente costituito da polimeri di varia taglia, di cui molti ramificati, sia lineari sia ciclici.

In base a queste considerazioni, escludendo (come accennavo sopra) la comunità dei fisici, si tende a prediligere il modello continuo e dunque, nei prossimi articoli di approfondimento, abbandoneremo completamente il modello discreto.    

Poi in uno studio di ulteriore dettaglio saremo costretti ad abbandonare anche il modello polimerico per approdare al modello dell’acqua interfacciale(5), ma questo sarà l’oggetto di una nuova affascinante avventura dove saremo presi per mano dal grande Gerald Pollack.

Torino 13 gennaio 2020

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Il modello della cosiddetta “poliacqua” non ha portato molta fortuna agli studi di approfondimento di questa preziosa sostanza. Infatti il cosiddetto “polywater disaster” è stato uno dei due incidenti di percorso (l’altro è il famoso “affaire Benveniste”), che hanno impedito agli scenziati del secolo scorso di progredire negli studi di approfondimento sull’acqua.  Negli anni ’60 il chimico russo Nikolai Fedyakin scoprì che l’acqua, in certe condizioni diventava difficile da congelare e/o da vaporizzare. Si rivolse al più grande chimico russo dell’epoca (Boris Derjaguin) che rimase affascinato dalla scoperta e dedicò un’intera squadra di ricerca all’approfondimento di questo fenomeno. Il facile sensazionalismo di un incauto giornalista occidentale lo ha portato a scrivere che, in base alle affermazioni di Derjaguin, una goccia di acqua polimerizzata fatta cadere nell’oceano avrebbe portato alla polimerizzazione di tutta l’acqua del globo trasformandola in una gelatina inutile ed è così riuscito a spaventare l’opinione pubblica mondiale dell’epoca. La guerra fredda ha fatto il resto: non dimentichiamo infatti che era l’epoca in cui USA e URSS facevano a gara per primeggiare scientificamente e tecnologicamente e l’URSS aveva già messo a segno dei colpi importanti in campo aerospaziale. Anche sfruttando lo spavento suscitato dal giornalista, non fu difficile per gli “scienziati” occidentali, demolire il lavoro fatto dall’equipe di Derjaguin e sostenere che l’acqua utilizzata per gli esperimenti non era pura e ciò non poteva che falsare i risultati della sperimentazione. Oggi sappiamo bene che, per via delle suo ampio spettro di solvenza e per altre caratteristiche tipiche e singolari che contraddistinguono l’acqua, il concetto di “acqua pura” è una vera e propria chimera ma, all’epoca dei fatti, l’azione denigratrice fu talmente forte da far cadere la “poliacqua” nel ridicolo, tanto che, alla fine, lo stesso Derjaguin fu costretto a cedere.

(2) Vedi nota (11) del precedente articolo “La chimica semplice applicata all’acqua”.

(3) Il grafico sottoriportato indica la concentrazione dei vari polimeri nell’acqua fredda. Come si vede spiccano i pentameri con concentrazione che sfiora il 40% e gli esameri con concentrazione pari a circa il 25%.

(4) Chi abita in luoghi freddi sa che per evitare la rottura delle tubazioni dell’acqua è necessario evitare il ghiacciamento. In realtà a rompere le tubazioni non è tanto il ghiacciamento, bensì l’aumento di volume specifico che ne consegue (cioè la riduzione della densità). Dato che la massima densità la si ottiene a 4°C quando l’acqua è ancora liquida, in realtà l’aumento di volume specifico comincia già prima del raggiungimento delle condizioni di ghiacciamento. Nella pratica, si prevede di mantenere la temperatura dell’acqua nelle tubazioni al di sopra di 4°C anzi, di solito, al fine di garantire condizioni di sicurezza, la funzione anti-ice negli impianti di riscaldamento in montagna prevede temperature non inferiori a 7°C (o anche non inferiori a 9°C).

(5) In successivi articoli approfondiremo questo argomento importantissimo che, come vedremo ha delle conseguenze importanti su alcuni capisaldi di termodinamica ormai consolidati.

La chimica semplice applicata all’acqua

In meccanica razionale si studia la meccanica analitica dove si approfondiscono due approcci alternativi a quello classico newtoniano: il cosiddetto metodo hamiltoniano e quello cosiddetto lagrangiano.

Il metodo hamiltoniano analizza ogni singola particella in termini di posizione (coordinate spaziali) e momenti associati a traslazioni (impulso) e rotazioni (spin). Il metodo lagrangiano invece tratta la materia nel suo insieme e analizza la densità delle particelle in essa contenute; in particolare consiste nell’integrazione della densità di particelle su tutte le variabili spaziali e di spin lasciandone una libera. Ad esempio, esprimendo l’energia in funzione della densità di particelle si arriva ad una soluzione che “minimizza” l’energia(1).  

La chimica studia il comportamento degli elettroni che in fisica vengono studiati mediante la meccanica quantistica. La famosa equazione di Schroedinger deriva dall’equazione differenziale di Dirac(2) ma pochi sanno che Dirac, per la sua formulazione segue rigorosamente il metodo hamiltoniano. Più in generale l’approccio alla meccanica quantistica è quasi sempre quello hamiltoniano. Pochi sanno che è possibile affrontare la meccanica quantistica anche con approccio lagrangiano. E’ chiaro che con questo approccio “si perde informazione”, nel senso che non ci consente di “inseguire” ogni singola particella (in questo caso elettrone) e studiarne le vicissitudini (posizioni e movimenti in ogni istante). Ma se a noi basta avere informazioni globali e analizzare gli elettroni nel loro insieme questo approccio può risultare più che sufficiente per i nostri scopi.

Sulla struttura intermolecolare dell’acqua i filoni di ricerca in corso possono essere suddivisi in due categorie: quelli che fanno uso di modelli continui e quelli che si basano su modelli discreti. E’ importante specificare che l’approccio dei fisici, dei chimici e dei biologi (compresi i microbiologi) è differente. Una fra le due ipotesi più accreditate considera l’acqua un mezzo continuo, anche se flessibile per via dei legami a idrogeno, mentre l’altra considera l’acqua una moltitudine di microscopici ghiaccioli dissolventisi in tempi brevissimi e immersi in acqua allo stato liquido. La prima teoria riesce a spiegare molto bene molti dei comportamenti dell’acqua non solo pura, ma anche in presenza di sostanze in soluzione o in sospensione ma, con gli strumenti di misura attualmente disponibili, purtroppo non è verificabile sperimentalmente in laboratorio anche se, i moderni supercalcolatori riescono a simulare egregiamente questo modello. La seconda teoria risulta invece sperimentabile e confermata dagli esperimenti di laboratorio ma non riesce a spiegare molti dei comportamenti dell’acqua. Come si vede è difficile scegliere la visione continua scartando quella discontinua o viceversa; più in generale questa scelta di campo è difficile da fare nell’interpretazione delle morfologie spazio-temporali: si torna all’antica aporia greca fra riduzionismo e platonismo.          

Pur essendo la sostanza di gran lunga più abbondante nella materia biologica, per lungo tempo l’acqua è stata sottovalutata dalla biologia e considerata semplicemente una massa neutra e ininfluente: tuttalpiù un solvente. Finalmente gli scienziati hanno evidenziato il suo ruolo di matrice della vita grazie anche alla sua capacità di andare in risonanza con un campo elettromagnetico come abbiamo avuto modo di vedere in precedenti articoli(5).

Se andiamo a ben guardare, l’argomento di cui ci stiamo occupando coinvolge la fisica, la chimica e la biologia e fortunatamente non richiede un’analisi spinta del comportamento di ogni singolo elettrone, dunque, per i nostri scopi, l’approccio lagrangiano può essere considerato più che sufficiente. E’ chiaro che per un fisico un approccio di questo tipo risulta insufficiente per l’oggetto dei suoi studi e per il livello di approfondimento da lui richiesto ma ciò non è altrettanto vero per un chimico né, men che mai, per un biologo. Dunque per non costringere chimici e biologi a scervellarsi inutilmente con equazioni differenziali particolarmente complicate, mi è sembrato assai interessante rispolverare uno studio fatto da Henry(3) che, applicando il metodo lagrangiano arriva ad una formulazione matematicamente molto semplice in grado di analizzare i legami chimici in funzione di due parametri: l’elettronegatività dei reagenti introdotta da Pauling nel 1932(4) e  la“durezza” / “mollezza” introdotta da Pearson nel 1963(6).    

Henry costruisce una tabella come quella di Mendeleiev inserendo per ogni elemento la sua elettronegatività ed il suo raggio atomico (per comodità nel proseguo chiameremo questa tabella “tabella di Henry(7)). Inoltre, considerando che la durezza è inversamente proporzionale al raggio atomico  (d = ka/r) e che, in base alla legge di Coulomb, l’elettronegatività è inversamente proporzionale al quadrato del raggio atomico (EN = kb/r2), trova che la durezza è proporzionale alla radice quadrata dell’elettronegatività (d=k√EN) e che il coefficiente di proporzionalità è, con buona approssimazione pari a 1,36. Considerando che l’elettronegatività varia in modo proporzionale al numero di elettroni acquistati/persi, possiamo scrivere per ogni atomo coinvolto in una reazione chimica la seguente semplice relazione: (EN = EN0 + qd = EN0 + 1,36q√EN0) essendo EN0 l’elettronegatività iniziale dell’atomo e q la frazione di elettroni acquistati o ceduti durante la reazione. In particolare, essendo interessati all’acqua, troviamo dalla tabella di Henry  EN0(H) = 2,1 ed EN0(O) = 3,5.

Per il principio di conservazione della carica abbiamo 2q(H) + q(O) = 0 e per la molecola dell’acqua vale la relazione EN(H) = EN(O) = EN(H2O).

Facendo i calcoli otteniamo: EN(H2O) = 2,491   q(H) = +0,20 e q(O) = -0,40.     

Questo semplice calcolo mostra che la molecola d’acqua è fortemente polare e gli elettroni tendono prevalentemente a “ronzare” attorno all’atomo di ossigeno lasciando un corrispondente “vuoto”  di elettroni equamente distribuito fra i due atomi di idrogeno.  

La forte polarità spiega perché a temperatura ambiente l’acqua non possa essere allo stato di vapore e, se si accetta l’ipotesi del modello continuo, la forte polarità spiega anche la ragione per la quale le molecole d’acqua tendono ad allinearsi l’una con l’altra a formare dei polimeri a struttura lineare o ciclica. Almeno la struttura dimerica è stata riscontrata per il vapore acqueo(8).  Questo tipo di legame intermolecolare è chiamato “ponte a idrogeno” e riguarda gli elementi con elettronegatività superiore a 3(9) (esclusi i gas nobili); solo se EN > 3 il legame è molto forte e in grado di resistere all’agitazione termica. Ad esempio, se al posto dell’ossigeno (EN=3,50) prendiamo lo zolfo (EN=2,48), applicando al H2S lo stesso calcolo fatto per l’H2O otteniamo EN(H2S) = 2,22 q(S) = -0,12 e q(H) = +0,06, cioè valori di “q” assai più bassi di quelli ottenuti per l’acqua e dunque questo legame è facilmente dissociabile dall’agitazione termica.

L’energia che tiene legate fra loro due molecole adiacenti è quella dovuta alla forza di Coulomb(10). Tenendo conto del fatto che, per la molecola d’acqua a temperature ambiente, la distanza media intermolecolare è pari a circa 2 Å e che la forza in questione è quella di attrazione fra uno dei due atomi di idrogeno (q1 = +0,20) di una delle due molecole e l’atomo di ossigeno della seconda (q2=-0,40) otteniamo E≈-13 [kcal/mol].

Facendo lo stesso calcolo per l’H2S(11) otteniamo invece E≈-0,9 [kcal/mol], cioè un valore nettamente inferiore.  L’agitazione termica è una energia proporzionale all’energia cinetica media delle molecole(12) che aumenta all’aumentare della temperatura e che va a contrastare l’energia di legame debole di attrazione intermolecolare: se questa è piccola come nel caso dell’H2S il legame non permane e a temperatura ambiente troviamo questa sostanza allo stato gassoso nocivo da respirare, mentre se è elevata come nel caso dell’acqua, questo legame resiste all’agitazione termica(13) e a temperatura ambiente troviamo l’acqua liquida ottima da bere. Solo per avere un termine di paragone il legame a idrogeno dell’acqua è circa 5 volte più forte di un legame di Van der Waals e 20 volte più debole di un legame covalente(14).

Torino 15 dicembre 2019

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Su questo argomento, si veda una delle più belle lezioni fatte da Richard Feynman sul principio di minima azione (vedi ad es. il cap. 19 del libro “La fisica di Feynman” – tomo 2 – “Elettromagnetismo e materia” – Ed. Zanichelli, 2015).

(2) La formula di Dirac è un’equazione differenziale alle derivate parziali che viene risolta da Schroedinger mediante la separazione delle variabili spaziali e di spin.   

(3) Marc Henry – Un model global de liaison chimique – Sciences du vivant – L’eau – Vol. 1 – Trames, boucles & turbulances –– Société éditrice Arys, Paris – n. 2 -1er trimestre 1991

(4) L. Pauling – J. Am. Chem. Soc., Vol. 54 – 1932)

(5) Si veda in particolare l’articolo precedentemente pubblicato in questo blog intitolato “I domini di coerenza dell’acqua”. 

(6) R. G. Pearson – J. Am. Chem. Soc., Vol. 85 – 1963).

(7)

(8) T.R: Dyke, K. M. Mack, J.S. Muenter – J. Chem. Phys., 66, 498 (1977).  

(9) Dalla “tavola di Henry”, oltre all’ossigeno (EN(O)=3,50) ed escludendo alcuni gas nobili (EN(He) = 3,2 EN(Ne) =5,1 EN(Ar)=3,5 EN(Kr=3,1)) si vede che gli altri atomi con EN > 3 sono l’azoto (3,07) ed il fluoro (EN=4,1).

(10) E = e2q1q2/(4πε0r) = 332q1q2/r [kcal/mol] (con r espresso in Å).

(11) q1 = -0,12, q2 = +0,06, r ≈ 1,34 Å

(12) La formula è E = KbTf/2 essendo Kb la costante di Boltzmann Kb=1,380649×10-23 J/K, T la temperatura in gradi Kelvin e f è una costante che vale 3 per le molecole monoatomiche, 5 per le biatomiche e 6 per tutte le altre (fra cui H2O e H2S). Utilizzando questa formula per il caso dell’H2S a 37°C otteniamo E ≈ 0,6 [kcal/mol], valore di molto superiore all’energia di legame intermolecolare dell’H2S (che da un calcolo più rigoroso risulta essere pari a E=-0,3 [kcal/mol] contro il valore E=-0,9 [kcal/mol] calcolato con approccio lagrangiano). Per il caso dell’H2O sempre a 37°C otteniamo sempre E ≈ 0,6 [kcal/mol] come energia dovuta all’agitazione termica, valore di molto inferiore all’energia di legame intermolecolare dell’H2O (che da un calcolo più rigoroso risulta ad essere pari a E=-5,0 [kcal/mol] contro il valore E=-13,0 [kcal/mol] calcolato con approccio lagrangiano). Addirittura l’acqua resiste allo stato di dimero anche allo stato di vapore (a 100°C E≈0,9 [kcal/mol]) .

(13) Ovviamente l’approccio lagrangiano che abbiamo deciso di utilizzare non è rigoroso, infatti un calcolo rigoroso porterebbe a E = -5,0 kcal/mol per l’acqua e E = -0,3 kcal/mol per l’H2S. Comunque si tratta di un metodo molto interessante perché dà un’idea concreta di come stanno le cose e, soprattutto non costringe chimici e biologi a complicati calcoli matematici.

(14) Il legame di Van Der Waals è per esempio quello che tiene insieme le membrane cellulari mentre legami covalenti sono tutti quelli che tengono insieme le molecole più piccole presenti all’interno delle cellule (aminoacidi, acidi grassi, zuccheri, nucleotidi). Il legame a idrogeno, è sufficientemente forte da consentire alle proteine di assumere una forma tridimensionale e al DNA di mantenere la forma a doppia elica; d’altro canto non essendo troppo forte, come ad esempio quello covalente, il legame a idrogeno consente al DNA di aprire la doppia elica e dunque di consentire i meccanismi tipici della materia vivente.

Tecnologia Vortex – Parte terza

Analizziamo ora alcuni fenomeni fisici che avvengono grazie ai vortici quali il trasferimento di energia e i loro movimenti causati ad es. dalla variazione di salinità o dalla rotazione terrestre.

Partiamo dai vortici che si formano negli oceani (eddies) di grande attualità in questi ultimi anni per via della formazione delle isole di plastica negli oceani. Prima dell’avvento dei satelliti questi vortici erano difficili da studiare perché ci si basava esclusivamente sulle osservazioni fatte dai naviganti. Ora è possibile studiarne la forma, la formazione, l’evoluzione e la dinamica. I vortici che si formano nella superficie degli oceani (gli unici osservabili dai satelliti) hanno una forma pressochè circolare, un diametro variabile fra 20 e 300 km ed una persistenza di qualche mese (a volte anche più di un anno)(1). A seguito delle osservazioni satellitari, dopo gli anni settanta del secolo scorso, studi più approfonditi fatti mediante navi attrezzate hanno dimostrato l’esistenza di vortici anche a centinaia di metri sotto il livello del mare. Un caso interessante è quello dei cosiddetti “meddies” (Mediterranean eddies) che si formano nello stretto di Gibilterra a causa della differenza di salinità fra acqua del mar mediterraneo e acqua oceanica(2). I Meddies sprofondano fino a circa mille metri sotto il livello del mare (cioè dove l’acqua oceanica ha la medesima salinità di quella mediterranea) e, dopo una prima fase di assestamento si appiattiscono assumendo una forma lenticolare avente spessore di circa 400 metri e diametro di circa 200 km. Questi vortici bidimensionali, a causa della rotazione della terra viaggiano per uno o due anni raggiungendo le Bahamas (passando per le Bermuda). Il fatto che permangano per così tanto tempo senza dissolversi riuscendo a percorrere migliaia di km è indice di grande stabilità e soprattutto di bassissima perdita di energia(3).

Nelle cascate quelli che si formano sono vortici tridimensionali(4) e, oltre ad essere molto disordinati, si spostano nelle tre direzioni dello spazio; i vortici bidimensionali sono invece dotati di una struttura coerente e privi di movimento nella terza dimensione. Questa trasformazione dei vortici da tridimensionali a bidimensionali è uno dei tanti esempi che la natura ci regala in cui si assiste ad un fenomeno anti-entropico, con passaggio da un sistema incoerente (tipico dei vortici tridimensionali) ad un sistema coerente (tipico dei vortici bidimensionali): una transizione dal caos all’ordine.      

Nei vortici tridimensionali si assiste ad un processo di formazione di vortici sempre più piccoli fino a micro-vortici in grado di dissipare la loro energia sulle molecole dell’acqua (agitandole termicamente): questo fenomeno è chiamato tecnicamente “cascata di energia”. Al contrario, nei vortici bidimensionali si parte da vortici microscopici e via via si formano vortici coerenti sempre più grandi con trasferimento di energia dalle molecole verso i sistemi macroscopici: questo fenomeno è chiamato “cascata inversa di energia”. Nel caso dei vortici bidimensionali la dissipazione di energia è molto più bassa di quella dei vortici tridimensionali: questa è la ragione che consente ai vortici bidimensionali di resistere per lungo tempo e di riuscire a percorrere grandi distanze prima di dissolversi(5).     

I vortici tipo “meddies” sono detti “monopolari” e, pur avendo un momento cinetico non nullo, hanno quantità di moto nulla e dunque non sono in grado di muoversi spontaneamente. Però capita che due vortici monopolari si incontrino fra loro dando forma a vortici cosiddetti “bipolari”  il cui momento è nullo ma la quantità di moto è invece non nulla e dunque sono in grado di muoversi spontaneamente lungo il loro asse di simmetria. I vortici bipolari sono stati studiati sia in laboratorio(6), sia con simulazioni al computer(7). Il fatto a mio avviso molto interessante è che nella collisione fra due vortici bidimensionali  le forme dei due vortici originari si mescolano mentre invece le masse non si mescolano(8).  

Gli esperimenti di laboratorio e le simulazioni al computer(9) indicano la possibilità di formazione di vortici tripolari, ossia tre vortici affiancati di cui uno centrale affiancato da due vortici più piccoli che ruotano in direzione contraria(10).

Recentemente alcuni ricercatori dello IET(11) hanno approfondito le applicazioni pratiche teorizzate da Viktor Schauberger(12) sui vortici. I vortici possono essere distinti in “liberi” o “forzati”: nel primo caso l’acqua si muove liberamente nella parte esterna del vortice e in modo forzato all’interno, mentre nel secondo l’acqua si muove rigidamente come se fosse un corpo solido. I ricercatori dello IET hanno realizzato in laboratorio uno strumento in grado di simulare un vortice libero ed hanno messo in sospensione nell’acqua caffè di varie granulometrie. Il risultato dell’esperimento mostra un forte aumento della concentrazione nella zona centrale del vortice (75%) ed una corrispondente forte diluizione nella zona periferica del vortice (25%). In particolare la concentrazione delle particelle con densità inferiore a quella dell’acqua ha superato il 95%. I risultati ottenuti fanno pensare ad una modificazione delle caratteristiche dell’acqua da parte dei vortici. Per verificare la veridicità di questa ipotesi è stata valutata la qualità dell’acqua(13) in base all’evaporazione delle gocce(14), all’analisi spettrofotometrica nelle bande del visibile e dell’ultravioletto(15) e al fattore di crescita delle piante.

Il metodo di evaporazione delle gocce ha evidenziato nell’acqua vorticosa la formazione di strutture dentritiche più complesse rispetto a quella non vorticosa.

Le analisi dei campioni d’acqua sottoposta a vortice e successivamente analizzate con spettrofotometro UV-VIS evidenziano un assorbimento anomalo a lunghezze d’onda attorno ai 270 nm (come vedremo in un articolo successivo sulla “Exlusion Zone” questa anomalia si verifica anche per l’acqua EZ).

Infine è stato valutato l’effetto dei vortici sulla crescita di un campione di semi di trifoglio; le prove hanno mostrato un fattore di crescita (quantitativo di biomassa secca prodotta) maggiore di oltre l’11% dell’acqua sottoposta a vortice rispetto a quella non sottoposta. Inoltre le piante innaffiate con acqua sottoposta a vortice sono risultate più resistenti di quelle trattate con acqua normale di rubinetto.

Torino (Italia), 01 dicembre 2019

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Per maggiori dettagli vedi “La danse des tourbillons” – La recherche, febbraio 1990, n. 218, pag. 224-227 o anche P.Consigli – L’acqua pura e semplice, Tecniche Nuove – 2005

(2) S.E. Mc Dowell e H.T. Rossby – Science, 202, 1085 – 1978.

(3) Per approfondimenti si veda G.J. Van Heijst e J. B. Flor – Nature, 340, 212 – 1989.

(4) In realtà anche i “meddies”, nella prima fase di formazione, cioè nella “cascata sottomarina” iniziale verso il raggiungimento dello stesso livello di salinità, sono di tipo tridimensionale.   

(5) Rif. J.C. Mc Williams – J. Fluid mechanics, 146, 21 – 1984 e B. Legras e altri – Europhys / Lett. 5, 37 – 1988.

(6) Ad es. gli esperimenti realizzati a partire dal 1988 presso l’Istituto di meteorologia e di oceanografia dell’università di Utrecht (Olanda).

(7) Rif. J. C. Mc Williams e N. J. Zabusky – Geophisics, Astrophisics, Fluid dynamics, 19, 207 – 1982.     

(8) Studi di laboratorio hanno mostrato che le acque dei due vortici non si mischiano pur compenetrandosi fra loro. Facendo collidere frontalmente due vortici ciascuno additivato di un colorante differente, si nota la formazione di un vortice avente due distinti centri di rotazione animati da moto rotatorio inverso. Un fatto interessante è che il vortice bipolare che si forma ha la stessa forma e simmetria dei due vortici singoli al momento del contatto fra loro; ma il fatto ancor più interessante è che i filetti fluidi dei due vortici originari non si mischiano mai pur compenetrandosi fra loro nel senso che metà dei filetti del primo vortice si intrecciano elicoidalmente senza mescolarsi a metà dei filetti del secondo vortice a formare il primo polo elicoidale e le altre due metà fanno lo stesso a formare il secondo polo elicoidale.

(9) I vortici tripolari sono stati ipotizzati teoricamente a seguito di simulazioni al computer (rif. G. J. Van Heijst e R.C. Kloosterziel, Nature, 338, 569 – 1989). Quasi contemporaneamente sono stati realizzati in laboratorio dai ricercatori dell’università di Utrecht (vedi nota 6 precedente).

(10) Nel 1993 P. Richardson (Woods Hole Oceanographic Institute of Massachusetts) ha censito circa un migliaio di vortici oceanici tutti aventi diametro di circa 80 km e ha riscontrato che, pur mantenendo la loro individualità, a volte si uniscono in vortici dipolari e, più raramente in vortici tripolari.  

(11) IET (Institute of Ecological Technology) di Malmo (Svezia).

(12) Famoso naturalista e inventore austriaco (1885 – 1958); vedi precedente articolo “Tecnologia Vortex – parte prima”.

(13) Nella moderna concezione della qualità dell’acqua, oltre alle classiche condizioni chimico-fisico-organolettiche, si è aggiunta l’analisi cosiddetta “energetica” consistente nella verifica delle condizioni di vitalità e della struttura intramolecolare. Sulle qualità energetiche dell’acqua ci soffermeremo diffusamente in prossimi articoli dedicati a questo argomento specifico; in questa sede si anticipa solo che i parametri più analizzati sono la tensione superficiale, la dimensione delle gocce, il contenuto energetico, la struttura intermolecolare, l’assorbimento della luce, l’attività dei biofotoni e le forze di compressione.

(14) Uno dei metodi per valutare complessivamente la qualità dell’acqua è quello basato sull’evaporazione delle gocce dove si analizza il “pattern” del soluto a seguito dell’evaporazione dell’acqua. Rif. H: Hu e R.G: Larson – Marangoni effect reverses coffee-ring deposition, J. Phys. Chem., 2006; B 110, 7090-7094 e J. Zhang, S.K. Kim, X. Sun e H. Lee – Ramified fractal-patterns formed by droplet evaporation of a solution containing single-walled carbon nanotubes. Colloid. Surface 2007 – A 292, 148-152.     

(15) Un altro metodo per valutare complessivamente la qualità dell’acqua è quello basato sulla spettroscopia vibrazionale (soprattutto NIR e Raman) che consente di valutare i cambiamenti dei legami intermolecolari a seguito di assoggettamento a radiazioni UV-visibile. Rif. www.aquaphotomics.com . Vedi anche Roumiana Tsenkova (Kobe Univeristy of Shindai – Faculty of agriculture) – Terzo simposio di Aquaphotomics – Explorating Water Molecular System in Nature – 2 – 6 dicembre 2018 – Awaji (Japan).

Complesso o complicato ?

I concetti “com-plessi” sono molto diversi da quelli “com-plicati”. La parola “com-plicato” deriva da “plico” e identifica qualcosa che è stato “piegato” alla rinfusa, cioè accartocciato (“in-tricato”), ovviamente diverso da “piegato” ordinatamente come si fa per realizzare una barchetta a partire da un foglio di carta, o come si “piega” un indumento appena stirato, ma comunque, anch’essi “piegati”. Ecco perchè un concetto “com-plicato” può essere “s-piegato”, cioè “dis-tricato” finchè non torna a diventare un foglio piano. Chi “s-piega”, “s-piegando” “com-prende” e fa “com-prendere” mettendo così in “co-mune” (cum munis = mettere in comune un “munis” = dono) l’unico significato “com-preso” da chi “s-piega”. 

“Com-plesso” è tutt’altra cosa: deriva al latino “complexus” (part. pass. “complecti”) che significa cose o concetti di diversa natura messi insieme fra loro e dunque già “com-presi” (nel senso di già messi insieme) che non è possibile “s-piegare” se prima non li si separa(1).

Le spiegazioni “chiudono” sistemi (concetti) “aperti” togliendo gradi di libertà che consentirebbero alla mente di spaziare in una gamma di altri significati possibili. E’ come quando si legge un libro e poi si vede un film; normalmente si resta delusi proprio perché la descrizione nel libro lasciava molta più libertà alla fantasia rispetto al film che, attenzione, non solo fa la sintesi del libro ma soprattutto, introducendo la visione (che tra l’altro è corrispondente all’interpretazione del regista), toglie allo spettatore gran parte della fantasia di quando era ancora solo lettore del libro. Omero lo vogliamo immaginare cieco proprio perché la poesia dell’Iliade e dell’Odissea siano evocative ancor più che descrittive. La sordità ha consentito a Beethoven di “sentire” interiormente le note ancor prima di scriverle sullo spartito dandogli la possibilità di superare la percezione sensoriale.       

La fisica newtoniana e galileiana, ma ancor prima anche molta filosofia (aristotelica, tomista, ecc.), avendo da risolvere problemi complessi hanno dovuto dapprima separarli in problemi più semplici in modo da studiare ogni corpo separato dagli altri e ogni fenomeno afferente quel singolo corpo separato dagli altri fenomeni concomitanti. Questo anche perché tutta la matematica disponibile è capace di modellizzare sistemi chiusi e non sistemi aperti. Quando diventa giocoforza studiare sistemi aperti (come ad esempio nel caso della termodinamica) per poter studiare il sistema come “chiuso” è necessario associare al corpo il suo complemento, cioè l’universo, da immaginare quest’ultimo, inevitabilmente chiuso; ma in questo caso occorre avere la fortuna di identificare quelli che sono effetti (o cause) afferenti al solo corpo da studiare da quelli che sono invece afferenti al non-corpo e non sempre vi si riesce.  

Una delle teorie attuali è quella cosiddetta delle “simmetrie”. Sembra anti-intuitivo ma in fisica, ogni volta che si toglie un grado di libertà (si aggiunge un vincolo) si dice che si “rompe una simmetria”. Secondo questa convenzione, il cosiddetto “vuoto classico” avrebbe simmetria zero; fortunatamente è solo una idealizzazione ritenuta consistente fino alla prima metà del secolo scorso, perché ora sappiamo che quello che esiste è solo il “vuoto quantistico” con simmetria non nulla. Più in generale più aumentano i gradi di libertà e più il sistema diventa simmetrico.   

Oggi, anche se ancora insegnato nelle scuole e praticato dagli scienziati della cosiddetta “retroguardia”, l’approccio newtoniano-galileiano è superato dall’approccio cosiddetto “olistico”. Questo perché la “separazione dei corpi” e la “separazione degli effetti” sono ormai da considerare approssimazioni troppo grossolane per le esigenze di precisione del mondo moderno. Oggi occorre studiare i fenomeni nel loro insieme, cioè nella loro “com-plessità”. Questa strada porta inevitabilmente alla perdita di due semplificazioni importanti: la “linearità” e la “chiusura”.

Riguardo alla “linearità”, chi ha fatto un po’ di matematica sa che quasi sempre le equazioni differenziali sono risolvibili analiticamente solo se sono lineari(2). Siccome tutti i fenomeni fisici vengono modellizzati mediante equazioni o sistemi di equazioni differenziali (al più integro-differenziali ma il concetto non cambia), fino alla prima metà del secolo scorso, si studiavano solo sistemi lineari, anzi si pensava ad un universo organico e meraviglioso perché governato da modelli lineari. Una delle conseguenze dell’approccio olistico è quella della non linearità dei modelli che non rende di certo l’universo meno meraviglioso, anzi !!! Fortunatamente a partire dal secondo dopoguerra l’avvento dei computer, grazie al cosiddetto “calcolo numerico”, ha consentito la risoluzione di equazioni differenziali anche non lineari aprendo così la strada allo studio di fenomeni più “com-plessi”.

Ma l’approccio olistico, oltre che alla non linearità porta anche allo studio di sistemi aperti e soggetti a molti gradi di libertà. Anche in questo caso il calcolo numerico ci viene in aiuto nello studio di modelli “com-plessi”(3). Ma qui purtroppo si incontra una difficoltà supplementare, che è quella della difficile riproducibilità sperimentale. In poche parole, mentre da un lato è diventato facile fare la simulazione dei modelli al computer è diventato molto più “com-plesso” verificarne la veridicità per via sperimentale. Un esempio di cui ci occuperemo diffusamente in prossimi articoli è il modello continuo e quello discontinuo dell’acqua. Quello prediletto dai fisici ipotizza l’acqua liquida costituita da piccolissimi grumi di ghiaccio che si costituiscono e si disgregano continuamente e che aumentano al diminuire della temperatura; questo modello, pur avendo il pregio di essere verificabile sperimentalmente non è in grado di “s-piegare” molti comportamenti “anomali” dell’acqua. Quello prediletto da chimici e biologi prevede invece un’acqua polimerizzata che anche oltre i 100°C, allo stato di vapore continua ad essere un dimero e man mano che scende la temperatura è costituita da insiemi di diemeri, trimeri, fino a pentameri ed esameri con la forma esamerica, tipica dei cristalli di ghiaccio presente in modo percentualmente rilevante anche nell’acqua liquida (anzi, fra 0°C e 4°C le forme pentamerica ed esamerica sono predominanti). Questo modello, oltre ad essere facilmente simulabile al computer, purtroppo non è verificabile sperimentalmente ma ha il grande pregio di riuscire a spiegare molti dei comportamenti anomali dell’acqua.       

Torino (Italia), 17 novembre 2019

Gianfranco Pellegrini

Note.

(1) Gli insegnanti hanno il ruolo di “s-piegare” i concetti “com-plicati”; i Maestri invece hanno il ruolo di evocare possibili soluzioni a problemi “com-plessi” in modo da “inoculare” dubbi anzichè “somministrare” certezze come fanno gli insegnanti con lo  “s-piegare”. 

(2) In matematica, una equazione differenziale è lineare sue soluzioni possono essere ottenute da combinazioni lineari altre sue soluzioni.

(3) Molto conosciuto a tal proposito è l’insieme (o frattale) di Mandelbrot perché, oltre ad essere rappresentato visivamente mediante immagini multicolori molto belle, è alla base della teoria del caos ed è legato alla serie di Fibonacci ed alla sezione aurea.  

Tecnologia Vortex – Parte seconda

Proseguiamo il nostro approfondimento sui vortici nei mezzi acquosi insistendo sugli studi più recenti che si stanno svolgendo in molti laboratori nel mondo, soprattutto su quelli che indagano sui fenomeni che ancora sfuggono alle misure fatte con le più sofisticate apparecchiature di laboratorio attualmente disponibili. Per proseguire in questa strada è giocoforza affrontare di petto il bastione da noi più ferocemente difeso: quello delle nostre strutture mentali.

Come noto l’acqua possiede un momento polare ed una polarizzabilità entrambi elevati(1) nonché una certa anisotropia (essenzialmente dovuta alla sua struttura pseudo-cristallina), entrambi in un equilibrio dinamico momentaneo. Riprendendo quanto discusso nei precedenti articoli sulle oscillazioni a cui sono soggetti anche gli atomi costituenti l’acqua, possiamo in questa sede generalizzare il concetto considerando le oscillazioni casi particolari di moti vorticosi nei quali vi è una composizione di rotazioni e traslazioni. E’ questa la chiave di lettura che ci consente di intravedere l’influenza dei moti vorticosi nella materia vivente(2). Questa proprietà consente all’acqua strutturata (seppur mobile) di controllare e soprattutto di consentire l’aggregazione nella materia vivente di sostanze molto diverse fra loro. Gli organismi viventi non possono essere considerati nè isolanti, nè conduttori; nè fluidi, né semi-fluidi; né plastici, né flessibili; si tratta di un miscuglio “impuro” dal quale la sostanza organica ha tratto spunto per disegnare l’essere vivente. E’ dunque plausibile pensare che la materia organica prediliga la logica ottimizzante rispetto a quella massimizzante: non gli serve che i conduttori siano i migliori conduttori possibile o gli isolanti i migliori isolanti possibile, bensì predilige un insieme di semi-isolanti e semi-conduttori. Il fenomeno della condensazione è agevolato da questa sorta di eterogeneità. L’utilizzo di trasferimenti di carica e degli effetti di condensazione con scarsi mezzi a disposizione potrebbe sembrare una sfida ma non lo è proprio perché l’essere vivente non utilizza l’energia in modo continuo, bensì intermittente. L’intermittenza garantisce la perdita di energia negli isolanti (con conseguente minimo utilizzo di energia) e nel contempo la dissipazione discontinua dell’energia assorbita (con conseguente garanzia di durata dell’organismo vivente). Questa condizione di intermittenza consente alla materia vivente di operare al disotto dei parametri termodinamici classici. Se da un lato la vita è in ultima analisi contenimento e lotta contro la diffusione(3), è importante sottolineare che è anche diffusione e contenimento, flusso e freno al flusso, e dunque sia morfologia di diffusione, sia morfologia di contenimento.

Già dagli anni ‘50 del secolo scorso si era diffusa l’idea che le galassie fossero generate da un fenomeno turbolento partendo da una teoria di turbolenze omogenee. Oggi, a distanza di settanta anni occorre ripensare il tutto sulla base di una teoria di turbolenze disomogenee. Oggi è unanimemente riconosciuto che una caratteristica essenziale della turbolenza è proprio l’intermittenza e dunque, per studiarla adeguatamente occorre ricorrere ad una geometria “intermittente” come quella frattale(4).  In particolare, la turbolenza naturale è descrivibile da insiemi geometrici regolati da una frazione circa uguale a 2,5 (per poter definire un flusso turbolento la frazione deve essere compresa fra 2 e 3). L’intermittenza nel moto turbolento diventa particolarmente evidente allorquando il numero di Reynolds diventa molto grande (come accade ad esempio negli oceani e nell’atmosfera).

Anche la teoria delle catastrofi permette di descrivere i parametri geometrici che influenzano i flussi turbolenti(5). Questa teoria, superando i principi newtoniani, predilige la forma alla forza e riduce ogni struttura alla sua morfologia e ogni morfologia a sistema di discontinuità focalizzando l’attenzione sulle singolarità locali della morfogenesi (catastrofi elementari) che vengono classificate in modo più generale possibile. La teoria delle catastrofi mette a fuoco il fatto che la natura obbedisce ai principi della forma, della sua generazione e della sua evoluzione e in particolare realizza sempre la forma meno complessa compatibilmente con le condizioni al contorno entro cui detta forma si genera e in cui evolve.     

Torino (Italia), 10 novembre 2019

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Il momento dipolare dell’acqua è pari a 1,85 D (Debye); fra le molecole polari più comuni l’acqua è una di quelle che presenta il momento dipolare più elevato (a parte HF che ha un momento dipolare superiore e pari a 1,91 D e CH3OH che si avvicina con un valore pari a 1,71 D, altre molecole polari comuni hanno valori sensibilmente inferiori: ad es. HCL=1,08 D, HL=0,42 D, CO=0,12 D, CHCL3=1,01 D).

(2) Per approfondimenti si veda C. Laville – Mécanismes biologiques – De l’atome a à l’etre vivant – Ed. Dunod, 1942.

(3) Per approfondimenti si veda R. Thom – Morfologia del semiotico – ed. Moltemi, 2006.

(4) Per approfondimenti si veda B. Mandelbrot – Gli oggetti frattali – Forma, caso e dimensione – Einaudi, 1987

(5) Per approfondimenti si veda R. Thom – Stabilità strutturale e morfogenesi. Saggio di una teoria generale dei modelli – Ed. Einaudi, 1980

Tecnologia Vortex – Parte prima

Dopo aver trattato alcuni argomenti propedeutici che costituiscono ingredienti basilari per questa seconda fase di approfondimento, con questo articolo cominciamo ad entrare nel dettaglio delle proprietà emergenti dell’acqua; l’osservazione del suo comportamento in natura sta consentendo agli studiosi dei giorni nostri di cogliere aspetti e proprietà fino a pochi anni fa del tutto sconosciuti.

Theodor Schwenk, già nel lontano 1967 ci mostra con bellissime foto e disegni che “l’acqua è qualcosa di più di un semplice flusso di energia e di una sostanza utile al trasporto”(1); con approccio rigoroso e scientifico, egli indaga comportamenti poco conosciuti e soprattutto poco indagati dell’acqua e delle sue forze formative.

Da un’osservazione nuova da parte di scienziati e naturalisti contemporanei, stanno emergendo numerose proprietà dell’acqua a dir poco sorprendenti (interazione con campi elettromagnetici, raggi e, più in generale con l’energia radiante). E’ bene precisare che l’odierna ricerca sull’acqua, soprattutto l’acqua allo stato liquido, è pressochè ancora sconosciuta dal pensiero scientifico dominante perché distante da esso e indirizzata su discipline distanti da quelle ortodosse. Questa nuova esplorazione dell’acqua sta seguendo percorsi fluidi e non lineari, che consentono la sinergia di conoscenze e ambiti anche molto distanti tra di loro(2). Linus Pauling(3) definisce l’acqua “il deserto della chimica”, ciò a sottolineare che l’elemento naturale “acqua” è ancor oggi pressochè sconosciuto anche se nel 2019 è difficile da ammettere; in questi ultimi decenni, nonostante la si stia studiando a fondo, i misteri anziché diminuire aumentano. Non è tanto la singola molecola d’acqua ad essere misteriosa, ma piuttosto l’interazione tra singole molecole d’acqua e tra molecole d’acqua e altre molecole. Ma non perdiamoci d’animo e vediamo un po’ meglio i filoni in cui si sta indirizzando la ricerca cominciando con l’approfondimento del fenomeno dei vortici. 

E’ importante ricordare che in questa fase di approfondimento è fondamentale un approccio mentale di tipo “olistico di secondo livello”(4).

I più grandi studiosi olistici dell’acqua, con in testa Viktor Schauberger(5), John Wilkes(6) e Theodor Schwenk, affermano che l’acqua che si muove lungo tubazioni rettilinee perde le sue proprietà vitali e quando arriva ai rubinetti non serve ad altro che a bagnare(7).

Schauberger già nei primi decenni del secolo scorso sviluppò una teoria sui vortici, realizzò la famosa macchina a implosione “Repulsine”, sperimentò la produzione di energia dall’acqua attraverso l’azione del vortice in un ciclo chiuso e inventò altri dispositivi basati sulla vortex technology, tra cui i tubi a spirale che sperimentò collaborando con l’università di Stoccarda. In particolare Schauberger studiò la rete della vita sottoforma di relazioni e sistemi ben prima che fosse formulata la Teoria Generale dei Sistemi. Ma, ancor più sorprendentemente, anticipò quanto sta dimostrando l’elettrodinamica quantistica applicata al comportamento delle molecole d’acqua allo stato liquido. Ecco perché i suoi studi stanno trovando importanti conferme scientifiche solo in questi ultimi decenni.

La teoria di Schauberger mette in netta contrapposizione l’uso dell’energia mediante tecnologie escogitate dall’uomo rispetto all’uso fatto dalla natura. In particolare l’uso umano è esclusivamente di tipo entropico, mentre la natura utilizza questo sistema solo nei processi distruttivi quali la putrefazione, la decomposizione, la dissolvenza, la fermentazione, la lievitazione, l’auto-distruzione, mentre nei processi costruttivi (meglio dire creativi), la natura è antientropica. Nella fattispecie, vi è una continua competizione fra processi entropici (putrefativi, fermentativi, dissolutivi) e processi antientropici (costruttivi e stabilizzanti): se prevalgono i processi entropici l’organismo vivente risulta indebolito e, se non si provvede adeguatamente, esso va verso il dissolvimento e la distruzione; se a prevalere sono i processi antientropici, l’organismo vivente evolve e si trasforma, ma non è detto che l’evoluzione avvenga verso una direzione accettabile dalla natura; infine, l’equilibrio fra processi entropici ed antientropici è l’unico a garantire il non invecchiamento e la salubrità.

Cosa c’entrano i vortici con i meccanismi entropici/anti-entropici ? I vortici possono essere destrorsi oppure sinistrorsi: quelli sinistrorsi portano le particelle dal centro verso l’esterno del vortice secondo un meccanismo centrifugo ed esplosivo che riscalda ed espande mentre quelli destrorsi portano le particelle verso l’interno del vortice secondo un meccanismo centripeto ed implosivo (risposta inbound) che raffredda e condensa: il primo è utilizzato dalla natura nei processi distruttivi mentre il secondo è quello utilizzato nei processi costruttivi (creativi).    

Queste considerazioni si prestano a interessanti considerazioni in vari campi ma, per non essere dispersivi vediamo questi concetti applicati esclusivamente all’acqua.

Recenti esperimenti stanno dimostrando che l’acqua che scorre in modo tumultuoso (vorticoso), all’interno dei vortici si raffredda, si purifica, si energizza e si rigenera(8).

L’energia utilizzata dalla natura si muove a spirale nella forma di un vortice diretto dall’esterno verso l’interno: la molecola del DNA, le trombe d’aria, i cicloni, le galassie che collassano nei buchi neri, i gusci delle conchiglie, le corna degli animali, l’acqua scaricata dal lavandino di casa, sono tutti esempi di spirali di questo tipo.

Schauberger considera i vortici longitudinali fondamentali perché si formano nella parte centrale e dunque più veloce dei corsi d’acqua garantendo una pulizia continua(9). I vortici trasversali rallentano la velocità del flusso dell’acqua, mentre quelli verticali trasferiscono i corpuscoli in sospensione verso il fondo.

Gli esperimenti dimostrano che l’acqua disposta nella parte interna dei vortici è pura. L’ipotesi di alcuni scienziati (Bartholomew, 2003) è che l’acqua “viva” sia composta da molti strati con sottili variazioni di carica elettrica, di temperatura e densità, che influenzano il suo modello di movimento e le sue proprietà fisiche. Questa ipotesi di lavoro collima con la sperimentazione che si sta facendo sulla cosiddetta “exclusion zone” di cui parleremo diffusamente più avanti.

In ogni caso la sperimentazione sta dimostrando che il vortice costituisce un metodo che la natura utilizza per rigenerare e potabilizzare l’acqua, ma anche per produrre energia “inbound”. Alcune società di acque potabili stanno sperimentando la cosiddetta “Vortex technology” come metodo alternativo e naturale per potabilizzare l’acqua (ad es. la SMAT di Torino).

Naturalmente la natura fa uso anche dei vortici sinistrorsi, ad esempio per la decomposizione dei cadaveri e la loro rimessa in ciclo eventualmente sottoforma di nuove forme organiche(10).

Niels Werdenberg ha riscontrato fenomeni di termoluminescenza e bio-magnetismo generati dai vortici (che aumentano la velocità di rotazione e la densità dell’acqua) grazie alla natura dipolare dell’acqua e degli ioni in essa sospesi(11).

Torino (Italia), 6 Ottobre 2019

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Nel suo famoso libro “Il Caos sensibile” – Ed. Arcobaleno, Collana scientifica, 2012 – Theodor Schwenk ci presenta scientificamente alcuni fenomeni naturali mostrandoci come l’acqua, grazie alle sue forze formative, sia determinante per il funzionamento del pianeta terra (non solo per gli organismi viventi).

(2) Per approfondimenti si veda il volume di Philip Ball “H2O – Una biografia dell’acqua” Ed. BUR Univ. Rizzoli, Collana SUPERBUR Scienza, 2003.

(3) Linus Pauling, Premio Nobel per la chimica nel 1954 e per la pace nel 1962 è considerato uno dei più brillanti scienziati del ‘900.

(4) Distinguiamo quello che io definisco “olismo di base” da quello che invece chiamo “olismo di secondo livello”. “Olismo di base” è quello di un meccanico di automobili che per imparare bene a ripararle studia approfonditamente i manuali di uso e manutenzione prestando particolare attenzione all’automobile nel suo insieme e alle interazioni (relazioni) fra i vari componenti, fra i vari sistemi/sottosistemi (impianti), fra sistemi/sottosistemi, fra componenti e sistemi/sottosistemi. “Olismo di secondo livello” è quello invece di un meccanico che, dopo aver studiato approfonditamente i manuali di uso e manutenzione, per capire meglio, ha necessità di smontare l’automobile pezzo per pezzo per poi rimontarla. Nella peggiore delle ipotesi la rimonta esattamente come prima senza che gli avanzi nessun pezzo: è il caso in cui non c’è stata alcuna evoluzione (per l’automobile). Se, al contrario il meccanico rimonta l’auto in modo diverso da come era prima e/o gli avanza qualche pezzo, significa che c’è stata evoluzione (cioè significa che la macchina sarà diversa da prima, non che sarà migliore di prima). Leonardo da Vinci non si accontentava di studiare il corpo umano sui testi dell’epoca, ma aveva bisogno di trovare (sottobanco, abusivamente) cadaveri per poterli vivisezionare. I fondamentalisti (ecologisti, animalisti, ambientalisti, ecc.) tendono a boicottare un certo tipo di sperimentazione fondamentale per quei ricercatori che vogliono approfondire con approccio “olistico di secondo livello”.   

(5) Viktor Schauberger (Alland 1885 – 1958) è stato un esperto di implosione. Ha studiato a fondo la teoria dei vortici e, più in generale dei movimenti tipici della natura. E’ stato anche inventore di varie tecnologie fra le quali la più famosa è il motore a implosione “Repulsine”; ma ha ideato anche macchine per la depurazione dell’acqua e per “raffinarla”, cioè per riportare l’acqua alle condizioni di purezza dell’acqua di sorgente. Le sue teorie in questi ultimi anni stanno trovando importanti riscontri scientifici, anche se non sono ancora accettate dalla comunità scientifica ortodossa. In merito alla teoria dei vortici è importante la sua pubblicazione “Die zykloide Spiralraumkurve” Salzburg 1948.

(6) A.John Wilkes nel 1970 ha scoperto Il principio intrinseco alla “Flowforms” creando vasche di diverse dimensioni aventi forme organiche che, grazie alle proporzioni fra di esse, sono in grado di trasmettere ben precisi ritmi all’acqua che scorre all’interno delle vasche. Le Flowforms si applicano funzionalmente, tecnologicamente o anche solo esteticamente in ogni luogo dove c’è acqua e possono essere utilizzate per il recupero, per la rigenerazione e per la rivitalizzazione dell’acqua e, come sostiene Wilkes, anche per aumentare le forze vitali intrinseche: ad es. dinamizzare le acque  irrigue, migliorare e velocizzare la depurazione delle acque reflue, incrementare la capacità energizzante dell’acqua…. Per approfondimenti si rimanda al volume di John Wilkes  – “Flowforms – La potenza ritmica dell’acqua”- Ed. Arcobaleno, 2015.

(7) “ ……. solo quando si prenderà seriamente questa questione le persone si accorgeranno che l’acqua che esce dal rubinetto può sì bagnare la loro pelle, ma non sta facendo molto di più per loro. Quando questo lato energetico della qualità dell’acqua diventerà noto e apprezzato, inizieremo a mettere da parte del denaro per sviluppare tecnologie che supportino l’acqua e, in questo senso, credo che la tecnologia Flowform diventerà quella principale”. (Wilkes, 2003)

(8) Sono molti gli studi e le sperimentazioni in corso su questi argomenti; in particolare lo IET (Institute of Ecological Technology) di Malmo (Svezia) sta sperimentando e approfondendo gli studi sui vortici cominciati da Schauberger. Questi studi stanno dimostrando sempre più chiaramente che a energizzare l’acqua sia la sua agitazione fatta secondo tecniche ben precise. E’ questo il motivo per cui sono personalmente convinto che nella preparazione dei farmaci omeopatici, l’unica operazione utile ai fini terapeutici sia la dinamizzazione mentre penso che sostanza base e iperdiluizione siano del tutto inutili.  

(9) In particolare secondo Schauberger, se l’acqua a 4°C (punto anomalo) manifesta non solo la sua massima densità ma anche la massima vitalità e salubrità. Si tratta di condizioni facilmente riscontrabili nei ruscelli e nelle sorgenti d’acqua di montagna.

(10) Anche la forza di demolizione, mediante la scomposizione degli organismi morti e la loro integrazione in nuove forme di vita organica attraverso una continua azione di riciclo, ha in natura un carattere positivo.

(11) Niels Werdenberg – Executive Master of Environmental Technology and Management NDS/FH Master’s Thesis 2006 – “Handling water An approach to holistic river rehabilitation design” -University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, FHNW