ÁGUA
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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.
!
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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).
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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.
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Não confundir ca-
lor específico com
temperatura.
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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 elas