Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
A água e suas propriedades C E D E R J15 M Ó D U LO 1 - AULA 2 A água e suas propriedades Objetivos O objetivo desta aula é mostrar a você as várias propriedades da água, para que adiante seja mais fácil compreender a participação desta importante molécula nos diversos processos biológicos. A maioria das reações químicas que ocorrem nos seres vivos se dá em meio aquoso, e, além disso, a água, muitas vezes, pode participar diretamente de algumas dessas reações. Pré-requisitos Para compreender todos os conteúdos que vão ser explorados, você precisa lembrar de alguns conhecimentos de Ciências adquiridos na escola, tais como os estados físicos da água e o modelo atômico. Para refrescar a memória, sugerimos que você, em alguns momentos, consulte livros usados no Ensino Médio. Introdução Você já ouviu falar, muitas vezes, que a água é fundamental para a vida. Mas já se perguntou por quê? A vida na Terra surgiu há mais de 3,5 bilhões de anos graças à existência de um meio formado, principalmente, por água. Atualmente, a água ocupa ¾ da superfície do nosso planeta e é a substância mais abundante nos seres vivos, podendo equivaler a cerca de 45% a 95% do peso de um organismo. Entretanto, como estamos muito acostumados a lidar com a água, não percebemos que ela apresenta propriedades extraordinárias, que são fundamentais para a vida. Sem a água, a vida não seria possível. A água é uma substância muito simples, formada por apenas três átomos: dois de hidrogênio e um de oxigênio. Por que será, então, que a água é tão importante para os seres vivos? Daqui para frente, vamos levantar uma série de questões que fazem parte do cotidiano. Você deve pensar nelas e tentar respondê-las, antes de prosseguir com a leitura. Você pode escrevê-las, se desejar. Muitas vezes, as respostas estarão logo em seguida, no texto, mas é bom que você sempre pense e tente encontrar suas próprias respostas antes de olhá-las. Isto vai facilitar seus estudos e a compreensão dos conteúdos. Estas questões procuram levá-lo a compreender as propriedades da água. Vamos começar com questões relativas a nossa vida diária. Saberemos mais sobre soluções aquosas na próxima aula. ! Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM15 A água e suas propriedades 16C E D E R J BIOQUÍMICA IQUÍMICA I Figura 2.1: A água aumenta de volume quando congela. O gelo funciona como um isolante térmico. Desta forma foi possível a manutenção da vida nos oceanos. O gelo tem menor densidade do que a água em estado líquido. Figura 2.2: O fato do gelo flutuar permite a sobrevivência de seres vivos no fundo do mar. 1. Da água para o gelo: maior volume, menor densidade Pense em uma propriedade bastante peculiar da água: o congelamento. O que acontece quando uma determinada quantidade de água congela? Ela se retrai ou se expande? Isto pode ser facilmente comprovado quando se esquece uma garrafa fechada cheia de água, ou de uma solução aquosa, no congelador. A garrafa estoura! Isso quer dizer que a água aumenta de volume quando conge- la, ou seja, um mesmo número de moléculas de água ocupa mais espaço no estado só- lido do que no estado líquido. Agora, pense nesta mesma propriedade por um outro ângulo: o que acontece quando colocamos um cubo de gelo em um copo com água? O gelo flutua na água, o que nos leva a concluir que a água, quando congela, diminui de densidade. Isso significa que, em um mesmo volume, existem menos moléculas de água no gelo do que na água em estado líquido. Este fenômeno tem grande importância para a vida na Terra. Tal peculiaridade da água faz com que nos rios e lagos das regiões frias do planeta se forme uma camada de gelo na superfície, que acaba funcionando como um isolante, impedindo que toda a massa de água se congele e permitindo que os seres aquáticos sobrevivam sob o gelo (Figura 2.2). Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM16 A água e suas propriedades C E D E R J17 M Ó D U LO 1 - AULA 2 Ou seja, se o gelo afundasse, os oceanos ficariam permanentemente conge- lados, o que seria incompatível com a vida. Por quê? Porque o calor do sol só seria suficiente para descongelar uma pequena camada de água da superfície. As camadas mais profundas ficariam congeladas, impedindo o surgimento de formas de vida nos oceanos. 2. Calor específico e controle térmico Agora pense nestas outras questões... Durante o dia, o que está mais quente: a água da piscina (ou do mar) ou o solo (por exemplo, a areia)? E quando anoitece, como está a relação entre as temperaturas de ambos? Que conclusões podemos tirar disso? Você já deve ter percebido que a temperatura da água se mantém surpreendentemente constante. Isto ocorre porque a água apresenta um alto calor específico. Graças a esta característica a água ajuda a minimizar as variações na temperatura da atmosfera. 2.1. Mas o que é calor específico? Calor específico é a quantidade de energia necessária para aumentar em 1oC a temperatura de 1 grama de uma determinada substância. Uma substância que apresenta um elevado calor específico precisa receber muito calor do ambiente para que sua temperatura aumente. A fim de evitarmos confusões futuras, precisamos entender que o calor específico é uma propriedade das substâncias e não deve ser confundido com temperatura. Uma determinada substância tem sempre o mesmo calor específico, já que para aumentarmos 1oC a temperatura de 1 grama desta substância, precisaremos sempre de uma mesma quantidade de energia. A quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de uma deter- minada quantidade de água de 10oC para 11oC é a mesma necessária para aumentar sua temperatura de 11oC para 12oC. Isso é o calor específico. Já a temperatura de uma substância pode variar, ou seja, a água dentro de um copo pode esquentar ou esfriar. Para termos uma idéia de como o calor específico da água é alto, podemos compará-lo com o de outras substâncias. Tomaremos, comparativamente, a água, o álcool e o clorofórmio. ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Não confundir ca- lor específico com temperatura. ! Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM17 A água e suas propriedades 18C E D E R J BIOQUÍMICA IQUÍMICA I A quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma determinada quantidade de água em 1oC, eleva em 2oC a temperatura de uma mesma quantidade de álcool (etanol), e em 4oC a mesma quantidade de clorofórmio. Desta forma, a água funciona como um excelente moderador de temperatura. Isto se torna muito importante biologicamente, visto que muitas reações químicas que ocorrem dentro das células liberam energia sob a forma de calor. Este calor é absorvido pela água, evitando o aumento excessivo da temperatura. Você pode achar que a quantidade de calor liberado na quebra de uma molécula, por exemplo, é muito pequena. Mas lembre-se de que, a todo instante, ocorrem milhares ou milhões de reações no interior de uma célula ou de um organismo. Assim, fica fácil perceber as conseqüências da liberação de todo este calor no interior das células ou ao seu redor. A água absorve grande quantidade de calor liberado nessas reações, sem que a temperatura do meio intracelular ou extracelular aumente significativamente. 3. Muita energia para a água evaporar: por que o suor refresca? Bem, já vimos como a água, em virtude do seu alto calor específico, atenua o calor liberado pelas reações químicas. No entanto, outras duas propriedades da água também contribuem para que esta substância seja um ótimo moderador de mudanças de temperatura. São elaso seu alto ponto de fusão e o seu alto ponto de congelamento. Vejamos o que vem a ser isto. Comparado a outras substâncias de massa molecular semelhante, o gelo requer muito mais energia para derreter. Isso porque o ponto de fusão da água é alto. No processo oposto, o congelamento, uma grande quantidade de energia deve ser perdida para que a água passe do estado líquido para o estado sólido. Isso porque o ponto de congelamento da água é alto. Considerando essas propriedades da água, vamos, agora, pensar na importância desta substância no controle da temperatura do corpo dos animais. O suor é o exemplo mais conhecido desse controle. Você sabia que suando nos protegemos das altas temperaturas? Vejamos como ocorre este processo. A água também apresenta um alto calor de vaporização, ou seja, muita energia é necessária para que a água passe do estado líquido para o gasoso. Assim, para evaporar, o suor absorve muito calor do corpo, resfriando-o. Da mesma forma, a evaporação da água promove o resfriamento do ambiente, seja ele uma folha ou uma floresta inteira. A água também fun- ciona como moderador de temperatura do motor dos automóveis, absorvendo o calor e evitando o aumento da temperatura. PONTO DE CONGELAMENTO Temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado sólido. PONTO DE FUSÃO Temperatura na qual uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. MASSA MOLECULAR Soma das massas atômicas dos átomos que compõem deter- minada molécula. CALOR DE VAPORIZAÇÃO Quantidade de energia necessária para que 1 grama de uma determinada subs- tância passe do estado líquido para o estado gasoso. Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM18 A água e suas propriedades C E D E R J19 M Ó D U LO 1 - AULA 2 Em síntese A água apresenta um alto ponto de fusão, um alto ponto de ebulição e um alto calor de vaporização quando comparada a outros solventes. Confira na tabela abaixo o que estamos dizendo, observando as propriedades de algumas substâncias: 4. Tensão superficial Outra propriedade da água é sua alta tensão superficial. Você já reparou como alguns insetos e outros pequenos animais conseguem se manter pousados sobre a superfície da água? Ou, como podemos encher um copo com água, até a superfície, sem que ela transborde? Se você ainda não reparou, faça uma experiência. Encha um copo com água até sua borda. Agora, vá adicionando mais água, gota a gota, e veja o que acontece. Você percebeu que podemos encher um copo com água acima de sua borda sem que ela derrame. A tensão superficial garante também que pequenos animais possam andar sobre as águas (Figura 2.3). Fonte: DL, Nelson e MM, Cox (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, Worth Publishers, NY. 2260 1100 854 687 590 523 423 394 381 247 Tabela 2.1: Propriedades físicas de algumas substâncias. Água Metanol (CH 3 OH) Etanol (CH 3 CH 2 OH) Propanol (CH 3 CH 2 CH 2 OH) Butanol (CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 OH) Acetona (CH 3 COCH 3 ) Hexano (CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 ) Benzeno (C 6 H 6 ) Butano (CH3(CH 2 ) 2 CH 3 ) Clorofórmio (CHCl 3 ) 0 -98 -117 -127 -90 -95 -98 6 -135 -63 100 65 78 97 117 56 69 80 -0,5 61 Ponto de fusão (ºC) Ponto de ebulição (ºC) Calor de vaporização (g/g) PONTO DE EBULIÇÃO Temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM19 A água e suas propriedades 20C E D E R J BIOQUÍMICA IQUÍMICA I Resumo Nesta aula você viu que a água apresenta várias propriedades particulares fundamentais para a existência da vida. São elas seus altos pontos de fusão, de ebulição e de congelamento, além de alto calor específico e alto calor de vaporização. Figura 2.3: A tensão superficial da água permite que este inseto caminhe sobre a água. Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM20 A água e suas propriedades C E D E R J21 M Ó D U LO 1 - AULA 2 HOMEOSTASE Manutenção do equilíbrio interno através de mecanismos regulatórios que compensam mudanças nas circunstâncias externas. Exercícios Resolva somente as questões de 1 a 3, e consulte as respostas. Caso suas respostas não estejam corretas, reveja a aula e em seguida tente resolver as questões 4 e 5. Se tiver respondido corretamente as questões 1 a 3, resolva também as outras questões. 1. O que é densidade? 2. De que maneira o gelo formado na superfície dos lagos de regiões muito frias contribui para a manutenção da vida nesses locais? 3. Verificou-se que um litro de água em estado sólido possuía menor peso do que um litro de água em estado líquido. Explique o porquê desta diferença. 4. Qual substância seria mais eficiente na refrigeração (redução da temperatura corporal de um ser vivo): a substância X, com alto calor específico, ou a Y, com baixo calor específico? Justifique. 5. Qual a importância da água presente no suor para a homeostase dos organismos? Auto-avaliação Se você entendeu bem a aula, será possível responder todas as questões pro- postas. Confira suas respostas para avaliar se a aula foi bem compreendida. Aula_02.p65 5/14/2004, 3:06 PM21
Compartilhar