”Acqua che squilli, acqua che brilli, dacci l’ossigeno senza rovelli”, ovvero sul perché l’acqua ricca di ossigeno è una bufala

Sì, lo so. Come poeta non sono un granché. Niente al confronto con D’Annunzio che scriveva:

Acqua di monte,
acqua di fonte,
acqua piovana,
acqua sovrana,
acqua che odo,
acqua che lodo,
acqua che squilli,
acqua che brilli,
acqua che canti e piangi,
acqua che ridi e muggi.
Tu sei la vita
e sempre sempre fuggi.

(“Acqua” di G. D’Annunzio)

Ma se io sono una scarpa come poeta, ci sono persone che possono essere considerate delle vere e proprie ciabatte in ambito scientifico ed in particolare nel settore chimico.

In questi giorni sto intervenendo su una pagina facebook di una ditta che produce acqua arricchita di ossigeno. Addirittura nella loro pagina internet affermano di solubilizzare fino al 3000 % di ossigeno rispetto alle normali acque da tavola. Ad onor del vero, sembra che le acque ricche di ossigeno siano di moda attualmente. Basta andare in Google e digitare “acqua ricca di ossigeno” perché vengano trovate pagine internet di aziende che mettono in vendita questa acqua ritenuta più salutare della normale acqua da rubinetto, sia che l’ossigeno sia presente in modo “naturale”, sia che questo vi sia stato aggiunto.

Ma perché si sente l’esigenza di porre l’accento sul contenuto di ossigeno disciolto nelle acque?

Il BOD ed Il COD

Da un punto di vista squisitamente chimico spiego ai miei studenti (insegno sia ”Chimica del Suolo“ che ”Recupero di aree degradate”) che il contenuto di ossigeno disciolto nell’acqua è un parametro molto importante per la qualità (in termini positivi) di questo comparto ambientale. Infatti, anche gli organismi marini hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, esattamente come noi organismi terrestri. La differenza è che mentre noi siamo adatti a vivere in un fluido gassoso, ovvero l’aria fatta da circa il 79% di azoto molecolare, il 20% di ossigeno molecolare e l’1% di altri gas come l’anidride carbonica e l’argon, gli organismi marini sono adatti a vivere in un  liquido, cioè l’acqua, da cui riescono ad estrarre l’ossigeno che occorre per i loro processi metabolici.

In termini fisiologici, l’ossigeno di cui abbisognano le nostre cellule viene “catturato” dai polmoni, “legato” all’emoglobina e trasportato dove serve (Figura 1).

Figura 1. Schema della respirazione polmonare (Fonte)

La stragrande maggioranza degli organismi marini è dotata, invece, di branchie (Figura 2).

Figura 2. Meccanismo di funzionamento delle branchie (Fonte)

L’acqua passa attraverso le branchie venendo a contatto con delle sottilissime membrane al di là delle quali si trova il sangue. L’ossigeno disciolto nell’acqua diffonde attraverso queste sottilissime membrane per diffondere nel sangue povero di ossigeno.
I diversi meccanismi con cui gli organismi terrestri e quelli marini assorbono l’ossigeno per la realizzazione dei propri processi metabolici, fanno in modo che noi non possiamo sopravvivere in acqua, né gli organismi marini possono sopravvivere al di fuori dell’acqua (mi scuso con i miei lettori biologi se non sono stato troppo corretto nella descrizione dei processi di assunzione dell’ossigeno).

Fatta questa premessa semplicistica, due dei parametri che i chimici usano per valutare la qualità di un’acqua riferita alla sua capacità di sostenere la vita marina sono il Biochemical Oxygen Demand (o BOD) ed il Chemical Oxygen Demand (anche indicato come COD).

Il “BOD” è una misura della quantità di ossigeno che i microorganismi presenti nelle acque usano per la decomposizione aerobica della sostanza organica. Più elevato è il BOD, meno ossigeno è disponibile per il sostentamento della vita degli organismi marini (per es. i pesci).

Il “COD” è una misura della quantità di ossigeno richiesta per l’ossidazione della sostanza organica presente nelle acque sia per effetto di reazioni di natura microbiologica che di reazioni in cui non sono coinvolti i microorganismi. Come per il BOD, più elevato è il valore del COD, meno ossigeno è disponibile per il sostentamento della vita acquatica.

L’ossigeno disciolto riguarda gli organismi terrestri?

Da quanto appena scritto, si capisce che la quantità di ossigeno molecolare disciolto in acqua è importante per la vita acquatica. Ma cosa c’entriamo noi? Perchè l’ossigeno disciolto dovrebbe riguardarci? Una risposta la si trova in rete cercando nei vari siti di aziende produttrici di acqua ad alto contenuto di ossigeno:

  1. l’ossigeno disciolto migliora le prestazioni lavorative
  2. l’ossigeno disciolto favorisce la digestione
  3. l’ossigeno disciolto esalta il gusto delle pietanze
  4. l’ossigeno disciolto aumenta la resistenza fisica

etc etc etc

Insomma, come si legge, sembra che l’ossigeno disciolto nelle acque che beviamo sia come l’olio di serpente, ovvero una panacea per tutti i mali. Peccato che non avendo branchie come i pesci, l’ossigeno disciolto nell’acqua a noi non serva assolutamente a nulla.  In altre parole, le acque cosiddette ricche di ossigeno non sono altro che acque potabili in grado di toglierci la sete e mantenerci idratati esattamente come tutte le acque potabili di questo mondo, incluse quelle dal rubinetto.

Quanto ossigeno può essere disciolto in acqua?

Chi studia la chimica, anche al livello di scuola superiore, sa benissimo che esiste una relazione diretta tra pressione parziale di un gas, temperatura e solubilità del gas in un liquido.

La Figura 3 mostra l’andamento della solubilità dell’ossigeno molecolare in acqua deionizzata.

Figura 3. Solubilità dell’ossigeno molecolare in acqua deionizzata (Fonte)

Le tre curve indicano la quantità di ossigeno disciolto in acqua deionizzata a tre pressioni differenti: 1 atm (curva blu), 2 atm (curva rossa) e 4 atm (curva gialla). Per spiegare la traslazione delle curve (ovvero perché quella gialla è più in alto e quella blu più in basso) immaginate di dover spingere sott’acqua dei palloncini gonfi di aria. Se ne volete spingere uno solo, dovete applicare una certa forza; per spingerne due, dovete applicare una forza maggiore; questa forza aumenta all’aumentare del numero di palloncini che intendete spingere sotto il pelo dell’acqua.

La Figura 4 mostra la solubiità dell’ossigeno molecolare in un’acqua contenente dei sali.

Figura 4. Solubilità dell’ossigeno molecolare in acqua salata (Fonte)

La posizione delle curve è identica a quella mostrata in Figura 3 (curva gialla in alto, curva blu in basso). Tuttavia, salta subito agli occhi che l’ammontare di ossigeno disciolto nelle stesse condizioni della Figura 3, è inferiore.  Perché? La solubilità di un gas in acqua (o in un liquido qualsiasi) non dipende solo da temperatura e pressione, ma anche dalla presenza di soluti disciolti.

Come ho già avuto modo di scrivere (qui), il processo di solubilizzazione di un soluto in un solvente può essere considerato come una vera e propria reazione chimica in tre stadi:

  1. soluto-soluto → 2 soluto
  2. solvente-solvente → 2 solvente
  3. soluto + solvente → soluto-solvente

in cui l’ultimo stadio descrive la formazione di interazioni tra il soluto ed il solvente. Più affini sono soluto e solvente, maggiore è la solubilità del primo nel secondo. Non discuto in questa sede delle condizioni di saturazione per cui non è possibile sciogliere un soluto in un solvente oltre una certa quantità.

Nel caso dell’ossigeno in acqua deionizzata, tutte le molecole di acqua sono “a disposizione” per l’interazione con l’ossigeno che si scioglie nel solvente. Se, però, nel solvente è già presente un soluto, lo schema di solubilizzazione a tre stadi precedentemente descritto, si arrichisce di due ulteriori stadi:

  1. soluto1-soluto1 → 2 soluto1
  2. soluto2-soluto2 → 2 soluto2
  3. solvente-solvente → 2 solvente
  4. soluto1 + solvente → soluto1-solvente
  5. soluto2 + solvente → soluto2-solvente

Se il secondo soluto corrisponde all’ossigeno molecolare in fase gassosa, lo stadio 2 appena descritto non deve essere preso in considerazione. Quello che accade è che l’ossigeno molecolare in forma di gas compete con il soluto1 disciolto per le interazioni col solvente. Poichè l’affinità tra acqua e sale è maggiore che tra acqua e ossigeno gas,  ne viene che quando l’ossigeno viene “spinto” nell’acqua salata, la quantità di ossigeno gas in grado di sciogliersi (secondo lo schema descritto) è inferiore a quella in grado di sciogliersi in acqua deionizzata.

In definitiva, più basso è il contenuto salino di un’acqua, più elevata è la quantità di ossigeno che si può sciogliere; più alta è la pressione esercitata sulla superficie del liquido, maggiore è la quantità di ossigeno disciolto; a parità di contenuto salino e di pressione, più bassa è la temperatura del sistema e maggiore è la quantità di ossigeno che si può sciogliere.

Conclusioni

Possiamo sciogliere tutto l’ossigeno che ci pare in un litro di acqua adottando gli accorgimenti descritti nella parte finale del paragrafo precedente, tuttavia questo ossigeno non ci serve perché non abbiamo le branchie come gli organismi marini; in ogni caso, una volta che non sono rispettate le condizioni atte a garantire la massima solubilizzazione del gas in acqua, valgono le condizioni di equilibrio alla temperatura ed alla pressione di esercizio. In altre parole, quando apriamo una bottiglia di acqua arricchita di ossigeno alla pressione atmosferica ed alle temperature di questi giorni (oltre i 30 °C) ci dobbiamo aspettare una effervescenza dovuta  alla fuoriuscita del gas per raggiungere le condizioni di equilibrio a quei valori di temperatura e pressione. Il prodotto che si beve è né più né meno che acqua potabile (e ci mancherebbe) con tutte le caratteristiche tipiche di un’acqua qualsiasi venduta al supermercato o presa al rubinetto di casa.

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