BIOQUÍMICA DA VIDA - ÁGUA E SUAS PROPRIEDADES

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BIOQUÍMICA DA VIDA – Química da água 
 
INTRODUÇÃO 
A BIOQUÍMICA estuda as reações químicas e biológicas dos organismos vivos. Tais 
reações são invisíveis a olho nu, mas têm extrema importância para a vida. Elas estão presentes 
especialmente nas células e nas biomoléculas – como proteínas, glicídios, lipídios e ácidos 
nucleicos. Sob um microscópio, os bioquímicos aceleram ações de enzimas e estudam o 
metabolismo das reações celulares, além de descreverem moléculas e medirem o pH – que 
indica a neutralidade e acidez de uma substância. 
A água cobre mais de 70% da superfície terrestre e é vital para toda a vida no planeta. É 
a substância mais abundante da natureza, ocorrendo nos rios, lagos, oceanos, mares e nas 
calotas polares. Dentre os diversos reservatórios, mais de 99 % correspondem aos oceanos, às 
geleiras e à umidade dos solos e do ar. 
O total de água doce no nosso planeta, corresponde a 40 x 10^15 litros, ou seja 3% de 
toda água da Terra, (os 97% restantes são de água salgada), onde 2% fazem parte da calota 
glacial, esta não disponível na forma líquida. Portanto, verdadeiramente apenas 1% do total de 
água do planeta é de água doce na forma líquida, incluindo-se as águas dos rios, dos lagos e as 
subterrâneas. Estima-se que apenas 0,02 % deste total corresponda à disponibilidade efetiva de 
água doce com a qual pode a humanidade contar, em termos médios e globais, para sustentar-
se e atender às necessidades ambientais das outras formas de vida, das quais não pode 
prescindir. Dos 1% da água doce líquida disponível no planeta, 10% está localizada em território 
brasileiro. 
 
SOLVENTE UNIVERSAL 
A água é capaz de dissolver substâncias no estado líquido, sólido e gasoso, sendo essa 
característica uma consequência de sua polaridade, que permite que suas moléculas hidratem 
íons e outras moléculas também polares. Dentre as principais substâncias dissolvidas pela água, 
destacam-se os ácidos e os sólidos iônicos. 
Para dissolver uma substância, a água, ou qualquer outro solvente, sofre diferentes 
interações com o soluto, propiciando o surgimento de novas ligações. Ao encontrar íons 
formando um composto iônico (sólido), por exemplo, a água aproxima-se do íon pelo polo de 
sinal contrário ao dele. Assim sendo, há anulação das cargas, o que faz os íons desprenderem-
se do sólido. Esses íons então são envoltos por moléculas de água e ficam impedidos de agregar-
se novamente ao sólido. 
 
 
 
 
 
 
POLARIDADE DA ÁGUA 
Na molécula da água, o oxigénio estabelece duas ligações covalentes com dois átomos 
de hidrogénio e o equilíbrio de forças entre os diferentes orbitais de elétrons, determina uma 
disposição geometricamente assimétrica das ligações O-H, que formam entre si um ângulo de 
cerca de 104º. 
 
 
 
 
 
 
 
Por sua vez, a forte eletronegatividade que caracteriza o núcleo do átomo de oxigénio 
provoca o deslocamento dos elétrons em direção a este, deixando os hidrogénios 
desguarnecidos dos seus próprios elétrons. Desta feita, acentua-se a assimetria da molécula de 
água que, apesar de ser globalmente neutra, apresenta uma distribuição irregular das cargas 
elétricas, que lhe confere uma polaridade. Nesta circunstância, os átomos de hidrogénio 
assemelham-se, em certa medida, a simples prótons. A água é, por conseguinte, uma substância 
polar, e a molécula comporta-se como um dipolo. 
 
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO E TENSÃO SUPERFICIAL DA ÁGUA 
As forças intermoleculares, como o próprio nome diz, são as forças que mantêm as 
moléculas de uma substância unidas. Estas forças são chamadas também de forças de Van der 
Waals em homenagem ao físico holandês Johannes Van der Waals (1837-1923), que pesquisou 
e propôs a existência destas forças. 
Entre estas forças, as que têm intensidades mais elevadas são as Ligações de Hidrogênio. 
Este tipo de interação ocorre quando a molécula possui um hidrogênio (“polo positivo”) ligado 
ao flúor, nitrogênio ou oxigênio, ou seja, elementos muito eletronegativos (“polos negativos”). 
Como esta força é muito forte, origina dipolos muito acentuados; e é necessária uma energia 
muito alta para romper as moléculas. 
As ligações de hidrogênio existem entre as moléculas de água. Observe a figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pode-se observar que o hidrogênio (carga positiva) atrai o oxigênio (carga negativa) das 
moléculas de água vizinhas. Assim, ocorre a ligação de hidrogênio, onde cada molécula de água 
fica circundada por outras quatro moléculas de água. 
Este tipo de força intermolecular é responsável por alguns fenômenos interessantes 
como a tensão superficial da água, que permite que alguns insetos andem sobre ela. As 
moléculas que estão na superfície da água só realizam ligações de hidrogênio com moléculas 
situadas do lado ou na parte de baixo delas, isto provoca a contração do líquido, e cria uma força 
sobre as moléculas da superfície. Isto causa a chamada tensão superficial, que é como uma fina 
camada ou película que envolve o líquido. 
Esta propriedade é muito importante, pois é a tensão superficial que controla certos 
fenômenos de superfície, sustentando a vida de comunidades de micro-organismos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ADESÃO DA ÁGUA 
Além das forças de coesão, a água também pode se aderir à outras moléculas. Isso pode 
ocorrer graças à sua polaridade. A água tende a atrair e ser atraída por outras moléculas polares. 
Essa atração entre as moléculas de água e outras moléculas polares é chamada de adesão. 
As moléculas de água não se ligam com moléculas apolares, ou seja, não há adesão. Por 
isso ela não se distribui igualmente sobre uma superfície encerada, e forma gotículas separadas 
sobre elas, pois a cera é apolar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPILARIDADE 
 
A capilaridade é um fenômeno físico resultante das interações entre as forças de adesão 
e coesão da molécula de água. É graças a capilaridade que a água desliza através das paredes de 
tubos ou deslizar por entre poros de alguns materiais, como o algodão, por exemplo. 
Quando se coloca um tubo de fino calibre em contato com água, o líquido tende a subir 
pelas paredes desse tubo, graças às forças de adesão e coesão. A adesão está relacionada com 
a afinidade entre o líquido e a superfície do tubo, pois há a formação de pontes de hidrogênio 
entre os dois. Graças à coesão das moléculas de água, também proporcionada pelas pontes de 
hidrogênio, elas mantêm-se unidas, e umas acabam arrastando as outras pela coluna, elevando 
o nível de água. 
 
 
 
DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA 
Geralmente as substâncias se dilatam quando aquecidas e contraem quando resfriadas. 
A água, contudo, não possui este comportamento. De 4 ºC até 100 ºC, a água comporta-se 
normalmente como qualquer outra substância, aumentando seu volume quando aquecida, mas 
de 0ºC a 4ºC, ela se contrai ao ser aquecida, ao invés de se dilatar. Aí está o comportamento 
anômalo da água! 
Antes de explicar este comportamento, verifiquemos alguns fatos: 
1) conforme se aquece a água, seu volume diminui (entre 0ºC e 4ºC); 
2) conforme se aquece a água, seu volume aumenta (entre 4ºC e 100ºC); 
3) entre 4ºC e 100ºC a densidade da água diminui, pois seu volume aumenta (a densidade 
mínima ocorre em 100ºC, quando a água começa se transformar em vapor); 
4) entre 0ºC e 4ºC a densidade da água aumenta, pois seu volume diminui (a densidade máxima 
ocorre em 4ºC, onde o seu volume é o menor possível); 
 
Estes quatro fatos podem ser verificados no gráfico a seguir: 
 
Em 0ºC, temos o estado sólido da água, quando ela se torna gelo. O volume deveria ser 
mínimo devido ao fato de ser um sólido (moléculas fortemente ligadas). Mas isso não acontece 
por causa das pontes de hidrogênio que são formadas no estado sólido da água. Elas ocorrem 
por meio de uma ligação molecular originada da atração de polos negativos e positivos de 
moléculas diferentes, gerando uma geometria no gelo que exige uma áreamaior. Logo, com 
uma área maior (maior volume), mas com a mesma massa de água, a densidade tende a 
diminuir, fazendo o gelo flutuar na água. 
Ao aquecer a água, há uma agitação maior das moléculas, quebrando as pontes de 
hidrogênio. Dessa forma, de 0ºC a 4ºC, quando a temperatura começa a aumentar, as pontes 
começam a ser quebradas, mas em vez de aumentar o volume da água, ele diminui, devido a 
quebra das pontes, fazendo diminuir a área ocupada por elas; ou seja, no estado de gelo o 
volume era maior do que entre 0ºC e 4ºC. Quando maior parte das pontes são desfeitas em 4ºC, 
a água tem seu volume mínimo e, a partir desse momento, para de se contrair e tende a se 
dilatar com o aumento da temperatura, começando o processo normal igual a todas as 
substâncias. 
Este fenômeno, do gelo ter o volume maior (densidade menor) entre 0ºC e 4ºC, faz com 
que os lagos mantenham uma camada de gelo na superfície, mas a água fica no estado líquido 
em seu interior, permitindo a vida no ambiente aquático. A convecção ajuda a manter este 
estado, pois a água mais densa (com temperatura próxima de 4ºC) tende a descer para o fundo 
do lago, enquanto a menos densa (próximo a 0ºC) tende a subir, ajudando a formar a camada 
de gelo na superfície. Outros exemplos conhecidos por esta característica da água são os 
icebergs na superfície dos oceanos e o estouro de garrafa com água congelada no refrigerador. 
 
 
 
CAPACIDADE TÉRMICA 
Também relacionado ao calor específico, a capacidade térmica é a quantidade de 
energia recebida e cedida a um corpo para que a sua temperatura seja alterada em 1°C. Para 1 
kg de água ter elevada sua temperatura em 1°C são necessários 4186 J. O cálculo para 
capacidade térmica é o seguinte: 
 
C = Q/∆t ou C = m.c 
Sendo: 
• C é a capacidade térmica (cal/°C ou J/K); 
• Q é a quantidade de calor (cal ou J); 
• ∆t é avariação de temperatura (°C ou K); 
• M é a massa (g ou Kg); 
• C é a calor específico (cal/g°C ou J/Kg.K). 
Essa propriedade da água é essencial para a estabilidade climática e para a vida no 
planeta Terra, pois é um importante estabilizador no clima do globo. É possível entender melhor 
com as estações do ano, como inverno e verão. No inverno, o oceano se resfria lentamente e 
nisso é liberado uma quantidade de calor que contribui com a estabilidade da temperatura 
global. 
No verão, o oceano se esquenta também lentamente, pois é necessária muita energia 
para aumentar a sua temperatura, e isto também estabiliza a temperatura global. 
Nessa estação, para aumentar a temperatura do oceano é necessário muito calor, o que 
também modera no efeito do clima. Os interiores continentais, por exemplo, são lugares que 
enfrentam extremas temperaturas exatamente por estarem longe dos oceanos. 
 
 
FONTES: 
 
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/ligacoes-hidrogenio.htm 
 
http://www.juventudect.fiocruz.br/bioquimica#:~:text=A%20BIOQU%C3%8DMICA%20
estuda%20as%20rea%C3%A7%C3%B5es,glic%C3%ADdios%2C%20lip%C3%ADdios%20e%20%C
3%A1cidos%20nucleicos. 
 
http://materiais.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/agua.htm 
 
https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/a-agua-como-solvente.htm 
http://www.juventudect.fiocruz.br/bioquimica#:~:text=A%20BIOQU%C3%8DMICA%20estuda%20as%20rea%C3%A7%C3%B5es,glic%C3%ADdios%2C%20lip%C3%ADdios%20e%20%C3%A1cidos%20nucleicos
http://www.juventudect.fiocruz.br/bioquimica#:~:text=A%20BIOQU%C3%8DMICA%20estuda%20as%20rea%C3%A7%C3%B5es,glic%C3%ADdios%2C%20lip%C3%ADdios%20e%20%C3%A1cidos%20nucleicos
http://www.juventudect.fiocruz.br/bioquimica#:~:text=A%20BIOQU%C3%8DMICA%20estuda%20as%20rea%C3%A7%C3%B5es,glic%C3%ADdios%2C%20lip%C3%ADdios%20e%20%C3%A1cidos%20nucleicos
http://materiais.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/agua.htm