Água, Substância de Fórmula H2O
A água é um líquido inodoro, incolor e insípido, imprescindível para o
desenvolvimento dos processos vitais de todos os seres vivos. Uma prova
disso é o fato de que aproximadamente setenta por cento do peso do
corpo humano é constituído de água.A formação das primeiras moléculas orgânicas ocorreu nas águas litorâneas dos oceanos primitivos. Nessa solução começaram a surgir os seres vivos, que nela encontraram os nutrientes necessários ao seu crescimento e evolução.
Composição e estrutura - A água, substância de fórmula química H2O, compõe-se de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, dispostos nos vértices de um triângulo isósceles. A ligação entre cada átomo de oxigênio e os átomos vizinhos tem caráter parcialmente covalente, de forma que o átomo de oxigênio divide um par de elétrons com cada um dos átomos de hidrogênio.
A localização desses pares de elétrons, no entanto, não é equidistante em relação aos dois átomos que formam a ligação covalente. Como o oxigênio tem maior afinidade por elétrons, isto é, eletronegatividade mais elevada, estes se encontram mais próximos do átomo de oxigênio, gerando uma carga negativa no vértice do triângulo ocupado por ele. Consequentemente, nos vértices ocupados pelos átomos de hidrogênio surge uma carga positiva. Por essa razão, diz-se que a molécula da água tem caráter polar, já que apresenta uma distribuição desigual de cargas na sua estrutura.
As moléculas de água, quando nos estados líquido ou sólido, tendem a associar-se através de ligações denominadas pontes de hidrogênio -- quando um átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo forma uma ponte para um outro átomo eletronegativo. Embora de intensidade inferior à das ligações covalentes ou iônicas puras, esse tipo de ligação é suficientemente forte para influenciar decisivamente as propriedades físicas e químicas da água.
Propriedades físicas - A água pura é insípida, inodora e praticamente incolor, apresentando, em grandes volumes, coloração ligeiramente azulada. Seu ponto de fusão é 0°C e de ebulição, 100° C, à pressão de uma atmosfera. A densidade da água varia com a temperatura, sendo seu valor máximo igual a aproximadamente 1,0 g/cm3, a 4°C. Além disso, observa-se que a água, ao congelar-se, sofre uma redução da densidade e, consequentemente, uma expansão de volume. Por esse motivo, o gelo -- água sólida -- flutua na água líquida. Essa característica permite que, no inverno, a água do fundo dos rios e lagos dos países frios continue líquida, enquanto a superfície recobre-se com uma camada de gelo, permitindo que peixes e outros seres sobrevivam nessas condições.
Algumas anomalias encontradas nas propriedades físicas da água são explicadas pela presença de moléculas associadas. Assim, o ponto de ebulição da água, em comparação com o dos compostos de estruturas semelhantes, é bem mais elevado. A explicação para esse fato é a seguinte: para que a água entre em ebulição é preciso ceder energia para vencer as forças de atração intermoleculares (forças de Van der Waals) existentes entre todas as moléculas conhecidas, e também responsáveis pela associação das moléculas de água, as pontes de hidrogênio.
Propriedades químicas - Nas transformações químicas, a água pode funcionar, principalmente, como solvente e como reagente. A ação solvente é considerada como um processo físico, através do qual a água solubiliza os reagentes, permitindo um contato mais íntimo entre eles e acelerando as reações entre compostos sólidos e gasosos. Isso se dá graças a sua elevada constante dielétrica e à tendência de suas moléculas a se combinarem com íons dos reagentes previamente solubilizados, formando íons hidratados.
A constante dielétrica da água, na temperatura ambiente, é de oitenta, isto é, duas cargas elétricas do mesmo módulo e sinal repelem-se, dentro d'água, com uma força oitenta vezes menor do que o fariam se estivessem no ar. Esse fato é explicado pelo modelo dipolar: no interior de um campo elétrico, as moléculas de água, de caráter polar, orientam-se alinhando seu centro positivo na direção da porção negativa do campo e seu centro negativo na direção positiva. Assim, parte do campo elétrico inicial é neutralizado, tornando-se fraco.
Desse modo, os íons dos cristais em meio aquoso podem separar-se do cristal muito mais facilmente que no ar, pois a força de atração eletrostática é oitenta vezes menor. Por essa razão, as soluções aquosas são consideradas boas condutoras de eletricidade. Por outro lado, cada íon negativo, quando em solução aquosa, atrai as extremidades positivas das moléculas de água vizinhas, o mesmo acontecendo com os íons positivos em relação às extremidades negativas. Isso faz com que os íons fiquem como que recobertos por uma camada de moléculas de água solidamente ligadas a eles, o que confere grande estabilidade à solução, sendo esse fenômeno conhecido como hidratação dos íons.
Água e geologia - Na atmosfera, a água se apresenta na forma de vapor, que pode sofrer condensação, precipitando-se como chuva, neve ou granizo, de acordo com as condições climatológicas presentes. Uma vez em contato com o solo, a água pode fluir, constituindo as chamadas águas superficiais, ou se infiltrar na terra, formando as correntes subterrâneas. As águas superficiais, por sua vez, através da ação do calor, evaporam e voltam à atmosfera, de onde o ciclo se reinicia.
A evolução subterrânea da água depende fortemente das características geológicas do terreno. Ao atravessar uma camada de areia, por exemplo, seu movimento é muito lento, ao passo que, ao passar por uma zona de rochas calcárias, facilmente solúveis, forma correntes muito velozes, estabelecendo uma rede fluvial subterrânea. Em alguns casos, a água subterrânea pode ficar aprisionada entre duas camadas de rochas impermeáveis. Se essas camadas ou estratos afloram para a superfície, forma-se o que é chamado de fonte ou manancial. Quando isso não ocorre, a massa de água fica retida na parte inferior do vale que é formado pelas rochas impermeáveis. Esse tipo de estrutura geológica é muito utilizado pelo homem para a construção de poços artesianos.
A água é o principal agente geológico causador da erosão ou desgaste das rochas e do transporte de materiais. Quando a concentração dos compostos químicos dissolvidos nas águas naturais alcança um determinado valor, elas passam a chamar-se águas minerais. Se essas impurezas são constituídas de sais de cálcio e magnésio, a água se denomina água dura. A dureza é temporária quando os sais são bicarbonatos e permanente quando o cálcio e o magnésio apresentam-se na forma de outros sais. Além de impedir que o sabão faça espuma esses sais provocam outros inconvenientes. A água dura pode ser amolecida pelo tratamento com água de cal.
Água e os seres vivos - As principais funções da água nos organismos vivos relacionam-se ao transporte das substâncias reguladoras dos processos vitais e à manutenção das estruturas celulares dos tecidos. Dez por cento da água contida no corpo humano se encontra no sangue; vinte por cento se localizam nos interstícios celulares; e os setenta por cento restantes ocupam o interior das células.
As membranas celulares são permeáveis à passagem da água, uma vez que é necessário manter as concentrações dos sais dissolvidos em equilíbrio no interior e no exterior da célula. Isso se consegue através da regulagem da quantidade de água que entra e sai do corpo. Quando o nível de água no interior das células diminui, os receptores cerebrais localizados no hipotálamo detectam essa variação e ordenam, por meio de impulsos nervosos, a redução da eliminação da água pelos rins e da secreção salivar o que, por sua vez, causa secura bucal e sensação de sede.
As plantas utilizam a água para transportar, das raízes até as folhas, as diferentes substâncias necessárias às suas funções vitais. Essa água de transporte constitui cerca de 75% do peso da planta e é eliminada nas folhas, através do processo de transpiração.
Água pesada. Utilizada como moderadora de nêutrons em reatores nucleares, a água pesada foi isolada pela primeira vez por Harold C. Urey, em 1931, através da eletrólise de uma solução de água e hidróxido de sódio. Com uma estrutura molecular semelhante à da água comum, a água pesada apresenta, em sua composição, dois átomos de deutério, -- um isótopo estável do hidrogênio com peso molecular duas vezes superior (P.M.= 2,0 g/mol) -- e um átomo de oxigênio.
A água comum contém cerca de um átomo de deutério para cada 6.760 átomos de hidrogênio. Quando submetida ao processo de eletrólise, a água libera no catodo, de preferência, moléculas de hidrogênio, e a solução fica assim enriquecida em deutério. A redução adequada do volume dessa solução produz óxido de deutério quase puro.
Essa operação, utilizada em larga escala até 1943, foi substituída por processos mais baratos, como, por exemplo, a destilação fracionada. Nesta última, a separação entre as duas substâncias se dá através da concentração, na fase líquida, da água pesada, graças a sua alta volatilidade em relação à da água comum. Embora essas duas substâncias não apresentem nenhuma diferença de comportamento químico, há grande diferença fisiológica entre ambas. Assim sendo, não se deve utilizar a água pesada para beber ou preparar alimentos.
Além de sua utilização em usinas geradoras de energia nuclear, a água pesada é largamente aplicada, em laboratório, como elemento traçador nos estudos das reações químicas e bioquímicas.
Água oxigenada. Composto químico cuja molécula é formada por dois átomos de hidrogênio ligados a dois átomos de oxigênio (H202). Líquido incolor, de densidade 1,47g/cm3, ponto de fusão -0,43o C e de ebulição 151o C, é poderoso oxidante, e age intensamente sobre as substâncias orgânicas. Empregada como antisséptico e descolorante de cabelos, entre outros usos, a água oxigenada comercial contém alguma quantidade de estabilizante para evitar sua decomposição.
Água mineral. Assim se denomina a água natural que se afasta de tal modo da média das águas potáveis de uso comum que pode ser usada com fins terapêuticos ou como água de mesa naturalmente gasosa.
São características importantes das águas minerais: composição, temperatura, radioatividade e tonicidade. A classificação dos diversos tipos é bastante complexa, mas em linhas gerais, há dois tipos básicos: (1) água de dominante simples (um princípio químico em proporção muito maior) como as de Caxambu, São Lourenço, Lambari, Cambuquira (carbogasosas); as de Prata, Salutaris, Boa Vista (bicarbonatadas); as de Vichy e Vals, na França, as de Caldas de Cipó, Muriçoca, Mosquete e Fervente (cloretadas); e (2) águas de dominante complexa (com mais de um princípio químico em proporção maior) como as de Brejo de Freitas, Pajé, Iraí, Prado (bicarbonato-cloretadas); as de Poços de Caldas, Pocinhos, Araxá, Patrocínio, Chapecó (sulfurosas); as ferruginosas de Lambari, Cambuquira, Caxambu, São Lourenço e outras.
A temperatura depende da natureza e da profundidade do veio original. Considera-se termal toda água cuja temperatura é pelo menos 5o C superior à temperatura ambiente. Algumas vezes a temperatura atinge 44o C ou mesmo mais. A água é então chamada hipertermal. Esse é o caso das águas de Caldas de Piratininga e Caldas Novas, em Goiás. Utilizadas em banhos, as águas termais têm efeito comprovado nas dermatoses, artrites, reumatismos etc. Bebidas, têm efeito positivo na remoção de mucosidades, na estimulação gástrica, hepática e pancreática.
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