Densità acqua

La densità dell'acqua dipende dalla temperatura e dalle sostanze disciolte in essa, ed è pressoché costante al variare della pressione.

In assenza di indicazioni specifiche, per esprimere la densità dell'acqua si prende come riferimento l'acqua distillata, ossia l'acqua quasi del tutto priva di sali minerali, microorganismi e gas disciolti.

In particolare alla pressione di 1 atmosfera e alla temperatura di 4 gradi centigradi la densità dell'acqua è di 1000 kg/m³.

In realtà sotto tali condizioni la densità dell'acqua è di 999,9720 kg/m³, mentre assume il valore esatto di 1000 kg/m³ alla temperatura di 20 °C e alla pressione di 50 bar; tuttavia poiché la pressione al livello del mare (assunta come pressione atmosferica standard) è di 1 atm, si preferisce considerare le misurazioni di densità facendo riferimento a tale valore di pressione, in modo da avere un confronto diretto con la vita di tutti i giorni.

Densità dell'acqua al variare della temperatura

Partiamo da una tabella con l'elenco dei valori della densità dell'acqua (distillata) calcolati a varie temperature e alla pressione di 1 atmosfera.

I risultati sono espressi in chilogrammi al metro cubo (kg/m³), ossia facendo riferimento alle unità di misura fondamentali per massa e volume del Sistema Internazionale.

Leggendo i dati in tabella è immediato osservare che:

• tra 0 °C e 3,98 °C la densità dell'acqua aumenta all'aumentare della temperatura, cosicché la densità del ghiaccio è minore della densità dell'acqua;

• tra 3,98 °C e 100 °C la densità dell'acqua diminuisce all'aumentare della temperatura.

Per maggior chiarezza, ecco un grafico che illustra questo fenomeno: sull'asse x sono riportati i valori della temperatura in gradi centigradi e sull'asse y quelli della densità in chilogrammi al metro cubo.

Grafico della densità dell'acqua al variare della temperatura.

Dal grafico si vede subito che la densità dell'acqua in funzione della temperatura ha un andamento di tipo parabolico, ed è bene specificare che tale comportamento è anomalo.

Per capirne il motivo ricordiamo che la densità di una sostanza è data dal rapporto tra massa e volume :

Nella maggior parte dei liquidi il volume aumenta all'aumentare della temperatura e, viceversa, diminuisce al diminuire della temperatura, fino a raggiungere il valore minimo alla temperatura di solidificazione.

Tale fenomeno fisico, detto dilatazione volumica, ha effetto anche sulla densità, infatti a parità di massa:

- un aumento di temperatura, e quindi un aumento di volume, induce una diminuzione della densità;

- un abbassamento di temperatura, e quindi una diminuzione del volume, comporta un aumento della densità, fino a un valore massimo raggiunto alla temperatura di solidificazione.

Questo però non è il comportamento dell'acqua, infatti da 0 °C a 3,98 °C il volume diminuisce anziché aumentare, e dunque la densità aumenta.

Questo strano fenomeno è dovuto alla struttura con ampi spazi vuoti che assumono le molecole dell'acqua quando si iniziano a solidificare, ma non ci dilunghiamo oltre. Per tutti gli approfondimenti del caso puoi leggere la lezione sul comportamento anomalo dell'acqua - click!

Densità dell'acqua non distillata

Fin da subito e non a caso abbiamo specificato i valori della densità dell'acqua fanno riferimento all'acqua distillata; dovrebbe allora sorgere spontanea una domanda: cosa accade alla densità dell'acqua se abbiamo a che fare con acqua che non sia distillata?

Nel caso in cui nell'acqua siano disciolte altre sostanze, a parità di pressione e temperatura la densità è maggiore. Questo è il motivo per cui, ad esempio, la densità dell'acqua di mare è maggiore della densità dell'acqua distillata.

Densità dell'acqua in g/cm³ e kg/dm³

La densità dell'acqua viene solitamente espressa in chilogrammi al metro cubo (kg/m³), ossia utilizzando le due unità di misura fondamentali per massa e volume del Sistema Internazionale.

Potrebbe però capitare, soprattutto negli esercizi, di aver bisogno della densità dell'acqua espressa in grammi al centimetro cubo (g/cm³) oppure in chilogrammi al decimetro cubo (kg/dm³).

Per passare dai kg/m³ alle altre due unità di misura basta dividere per 1000, o equivalentemente moltiplicare per 0,001. Con il solito metodo per svolgere le equivalenze si ottiene infatti:

Ad esempio la densità dell'acqua a 0 °C, pari a 999,8395 kg/m³, equivale a 0,9998395 kg/dm³ e 0,9999395 g/cm³

Peso specifico e densità dell'acqua

Per agevolare i ragazzi di scuola media, e più in generale chi non ha studiato la Fisica e quindi non conosce la differenza tra massa e peso, spesso si esprime il peso specifico di una sostanza come le stesse unità di misura della densità, ossia il kg/m³, il kg/dm³ e il g/cm³.

La conseguenza è che si rischia di confondere la densità con il peso specifico, ma ci teniamo a precisare che sono concetti ben distinti. Per saperne di più, puoi leggere:

- la spiegazione sulla differenza tra densità e peso specifico;

- l'approfondimento sul peso specifico dell'acqua.