Estudo dirigido- Metabolismo e Físico quimica da água (pedro cesar)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA E LIMNOLOGIA (DOL/CB)
DOL0049 – LIMNOLOGIA
DOCENTE: WALLACE SILVA DO NASCIMENTO
1- A formação molecular da água é um dos fatores que estão diretamente ligados a enorme importância tanto na criação quando na manutenção da vida. Explique a formação molecular da água.
A água é um composto formado basicamente por moléculas covalentes, nas quais um átomo de oxigênio reparte um par de elétrons com dois átomos de hidrogênio. Como toda molécula covalente, a água também forma ângulos definidos entre os átomos. Na molécula da água, o átomo de oxigênio é ligado de forma covalente a dois átomos de hidrogênio com um ângulo HOH de ligação de 105o. A nuvem eletrônica, resultante da ligação covalente, é atraída pelo átomo de oxigênio devido à sua maior eletronegatividade, deixando-o com uma carga parcialmente negativa; consequentemente o átomo de hidrogênio que exerce menor atração sobre a nuvem fica com uma carga parcialmente positiva. Este fenômeno faz com que a molécula de água seja polar. 
2- Conceitue todas a propriedades da água que constam na tabela 8.1 do material disponibilizado.
	
PONTO DE FUSÃO
	O ponto de fusão designa a temperatura a qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido. Esta temperatura é a mesma quando a substância se solidifica, ou seja, passa do estado líquido para o estado sólido.
	
PONTO TRIPLICE
	Em termodinâmica, o ponto triplo é um estado particular de uma substância determinado por valores de temperatura e pressão, no qual as três fases ou estados físicos da substância coexistem em equilíbrio
	
PONTO DE EBULIÇÃO
	O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição de uma substância é a temperatura em que ela passa do estado líquido para o estado gasoso.
	
PONTO CRITICO
	Um ponto crítico, também chamado de estado crítico, ocorre sob condições (tais como valores específicos de temperatura, pressão ou composição) no qual não existem limites de fase.
O "ponto crítico" é por vezes usado para denotar o ponto especificamente vapor-líquido crítico de um material, a partir do qual a distinção entre fase a líquida e gasosa não existe.
	
DENSIDADE DO SOLIDO
	A densidade de um sólido é a razão entre a sua massa e o seu volume correspondente.
	
DENSIDADE DO LIQUIDO
	A densidade é a relação entre a massa de um material e o seu volume () em uma dada temperatura e pressão.
	
CAPACIDADE CALORIFICA
	Capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina a relação entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura observada neste.
	
CALOR DE FUSÃO
	O calor de fusão é a quantidade de energia necessária para fundir um mol de uma substância ou de um elemento químico. Existem três estados físicos nos quais toda matéria pode ser apresentada, dependendo da sua respectiva temperatura: sólido, líquido e gasoso.
	
CALOR DE VAPORIZAÇÃO
	A entalpia de vaporização ou calor de vaporização é a quantidade de energia necessária para que um mol de um elemento ou de uma substância que se encontra em equilíbrio com o seu próprio vapor, a pressão de uma atmosfera, passe completamente para o estado gasoso.
	
CONSTANTE DIELÉTRICA
	A constante dielétrica é a razão entre a permissividade absoluta de um material e a permissividade absoluta de um vácuo.
3- Como se formam as pontes de hidrogênio?
Entre as moléculas polares existe uma atração eletrostática mútua entre a extremidade positiva de uma molécula e a negativa de outra. No caso da água, o átomo de hidrogênio (parcialmente positivo) de uma molécula exerce atração sobre o átomo de oxigênio (parcialmente negativo) de outra molécula de água. Assim são formadas ligações ditas “ligações hidrogênio ou “pontes de hidrogênio”
4- A temperatura tem um importante papel nas pontes de hidrogênio. A diminuição da temperatura tornas essas ligações mais eficientes. Em qual temperatura a água atinge sua maior compactação?
A queda da temperatura reduz a agitação térmica das moléculas, aumentando o número de pontes de hidrogênio e tornando-as cada vez mais eficazes. O resultado é a redução da distância média entre as moléculas com um consequente aumento da densidade da água. Tal compactação atinge seu ponto máximo próximo a 40C (3,940C), temperatura na qual a água apresenta sua máxima densidade.
5- O que é o comportamento anômalo da água e qual sua importância ecológica?
A água constitui um dos compostos de maior distribuição e importância na crosta terrestre. Sua importância para a vida estar no fato de que nenhum processo metabólico ocorre sem a sua ação direta ou indireta. Foram suas propriedades anômalas, comparando com outros compostos, que possibilitaram o surgimento e a manutenção da vida na Terra. Basta lembrar que a água no estado líquido possui maior densidade do que no estado sólido (gelo), fato este de grande significado para a distribuição dos organismos aquáticos. Isto porque se o gelo não flutuasse na água, os lagos e rios de regiões frias se congelariam totalmente durante o inverno, o que provocaria a morte de todos os organismos. Vale ressaltar que quase todos os outros compostos são mais densos quando no estado sólido do que no estado líquido.
6- Aproximadamente um terço da energia solar que chega à superfície da Terra é dissipada pela água dos rios, lagos e oceanos. Qual fenômeno é responsável por este fato.
A água, pode absorver grandes quantidades de calor sem sofrer grandes alterações de sua temperatura, garantindo, assim, mudanças térmicas somente gradativas. E esse fato é devido ao fenômeno conhecido como Calor Específico.
7- Qual é a principal e mais importante consequência ecológica do alto calor específico da água?
Uma das consequências ecológicas mais importantes do alto calor específico da água, é a grande estabilidade térmica dos ecossistemas aquáticos. Isto se faz notar nas baixas variações diárias e sazonais da temperatura nestes ecossistemas, quando comparados aos terrestres. Exemplificando, pode-se citar o caso de regiões temperadas: enquanto nos ecossistemas aquáticos destas regiões a temperatura superficial da água dos lagos pode variar de 0oC no inverno até cerca de 22oC no verão, as temperaturas dos ecossistemas terrestres podem variar de aproximadamente -40oC até +40oC durante o mesmo intervalo do tempo. Tornando a vida dos organismos aquáticos bem menos estressantes.
8- Como se forma a película delgada e tensa na superfície da água?
O arranjo das moléculas de água na camada de contato com o ar forma uma película delgada que possui determinada tensão, chamada tensão superficial. Esta película se forma devido à força de coesão existente entre as moléculas vizinhas no interior da água, o que faz com que as moléculas superficiais sejam atraídas para o interior do líquido, criando, assim, um filme superficial mais compacto, capaz de suportar pequenos esforços sem se romper.
9- Quais fatores influências a tensão superficial e quais são as consequências disso para os organismos aquáticos.
A tensão superficial da água decresce com o aumento da temperatura e com a quantidade de substâncias orgânicas dissolvidas. Dentre estas substâncias, as mais importantes são os ácidos húmicos e substâncias excretadas por algumas algas e por macrófitas aquáticas. Assim, lagos com floração de algas ou ricos em macrófitas aquáticas podem ter a tensão superficial sensivelmente reduzida. 
A tensão superficial pode ser reduzida a níveis tão baixos, que chega a causar grandes prejuízos às comunidades que vivem na superfície da água como no caso dos Nêustons e Plêustons, que necessitam da tensão superficial da água para se locomoverem e para habitarem. 
10- Explique a relação entre a viscosidade, a temperatura e flutuação do plâncton na água.
Viscosidade é a capacidade da água em oferecer resistência ao movimento dos organismos e das partículas nela presentes. A viscosidade da água é função da temperatura e do teor de sais dissolvidos. Em lagos de água doce, a influência dossais dissolvidos é insignificante quando comparada com o papel da temperatura.
À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui. Assim, a viscosidade de uma massa d’água a 300C é aproximadamente a metade de uma a 5oC. Este fato tem grande significado ecológico, pois à temperatura de 300C, um organismo planctônico afunda duas vezes mais rápido (nas mesmas condições) do que a 50C.
11- Quais são os principais fatores que influenciam a densidade da água? Explique cada um deles.
Por definição, tem-se que a densidade de uma substância é a relação entre a massa e o volume que ela ocupa. Os principais fatores que influenciam a densidade da água são: salinidade, temperatura e pressão. 
A Salinidade pode ter grande influência sobre a estratificação dos corpos d’água, visto que a densidade da água aumenta com a elevação da concentração de sais.
Em ambientes aquáticos costeiros, quando suficientemente profundos, pode ocorrer estratificação da massa d’água devido às diferentes concentrações de sais ao longo da coluna d’água. Nestes ambientes, a entrada de água do mar com maior densidade (maior salinidade) através, por exemplo, do lençol freático, pode provocar estratificação duradoura (lago meromítico), visto que sobre esta camada d’água forma-se outra de menor densidade (menor salinidade), proveniente de águas de chuvas e de rios. Tal tipo de estratificação denomina-se estratificação química ou ectogênica.
A Temperatura dentre os fatores que exercem influência sobre a densidade da água, a temperatura é um dos mais importantes. Com relação à temperatura, a água tem comportamento diferente dos outros líquidos. Como já foi discutido, sua densidade não aumenta progressivamente com o abaixamento da temperatura, mas alcança seu máximo valor a aproximadamente 40C. Abaixo desta temperatura sofre uma queda lenta para, em seguida, cair bruscamente.
Já a Pressão tem efeito indireto sobre a densidade da água, uma vez que para cada 10 atm. de pressão, ocorre abaixamento de 0,10C. Este fato assume relevância somente em lagos profundos, como o lago Tanganica (1.470 m) e lago Baical (1.620 m), nos quais a temperatura do hipolímnio (Em limnologia, chama-se hipolímnio à camada profunda de alguns lagos em que se regista estratificação) pode ser rebaixada ainda mais, devido ao efeito de pressão.
Um fato a se pensar sobre a salinidade e a temperatura é, se a temperatura do planeta subir a ponto de derreter grandes quantidades de gelo na região do Ártico, a salinidade da água da região iria cair.
Se a salinidade da água baixar, a densidade das massas de água também iria baixar, estas águas poderiam deixar de afundar, enfraquecendo a Circulação Termohalina.
Se houver um colapso da Circulação Termohalina, em 30 anos, ficaria estabelecido um paradoxo, pois o aquecimento global poderia levar a um clima mais frio.
12- A água é peça chave em reações do organismo. Quais são os exemplos de reação em que a água é incorporada ou liberada, respectivamente, durante o metabolismo dos organismos?
A fotossíntese é um processo bioquímico em que a água é incorporada em moléculas orgânicas. Na reação, átomos de hidrogênio da água produziram a glicose e os átomos de hidrogênio desta água serão liberados como oxigênio molecular. 
Dióxido de carbono (CO2) + água (H2O) + luz solar = glicose (C6H12O6) + oxigênio molecular (O2)
A respiração aeróbica é um exemplo de reação bioquímica em que a água é um produto.
glicose (C6H12O6) + oxigênio molecular (O2) = dióxido de carbono (CO2) + água (H2O).
13- Você já deve ter observado um inseto caminhando pela superfície da água de uma lagoa. A propriedade da água que permite que a pata do inseto não rompa a camada de água é:
a) adesão.
b) calor específico.
c) tensão superficial.
d) calor de vaporização.
e) capilaridade.
14- O zoneamento longitudinal de reservatórios hidrelétricos anos após o enchimento permite verificar três zonas que apresentam características físicas, químicas e biológicas distintas, chamadas:
(A) zona litorânea, zona pelágica e zona profunda.
(B) zona fluvial, zona de transição e zona lacustre.
(C) zona de abastecimento, zona intermediária e zona de produção de energia.
(D) zona eufótica, zona mediana e zona afótica.
(E) epilímno, metalímno e hipolímno.
OBS.: Essa foi difícil, tendo em vista que se não fosse o fato de colocar no enunciado o fator tempo, eu ficaria na duvida da letra E. Mas como falou que é após longo período, não teria mais o processo de estratificação no lago, tirando a letra E das opções.
15- A visão clássica da microbiologia aquática é a de que as bactérias, ao lado dos fungos, desempenham um papel mais ou menos fundamental como organismos decompositores e remineralizadores nos diversos ecossistemas. Pesquisas recentes demonstram claramente que o papel ecológico das bactérias em ecossistemas aquáticos não se limita a isso. Neste contexto surge a teoria do microbial loop (elo microbiano) que é definido como:
(A) a possibilidade de as bactérias serem colocadas na base da cadeia alimentar como produtores, já que a maioria delas é fotossintetizante. 
(B) o processo pelo qual as bactérias não apenas decompõem a matéria orgânica como também fazem a absorção da mesma, e assim são absorvidas pelos organismos produtores para auxiliar na produção do ecossistema.
(C) o reenquadramento das bactérias na cadeia alimentar sendo consideradas consumidores de topo, por conseguirem parasitar a maioria dos níveis tróficos e obter seu alimento a partir do parasitismo.
(D) o conjunto de processos e rotas pelos quais energia e matéria fluem a partir da matéria orgânica dissolvida absorvida ativamente pelas bactérias que desta maneira disponibilizam novos recursos aos consumidores secundários.
(E) a descoberta de que as bactérias são as principais fixadoras de nitrogênio no ambiente aquático.
16- A maior parte dos seres vivos é constituída por água, responsável por 70 a 85% de sua massa. Considere as afirmativas abaixo relacionadas às propriedades físico-químicas da água. 
I) A molécula de água é polarizada, ou seja, apesar de ter carga elétrica total igual a zero, possui carga elétrica parcial negativa na região do oxigênio e carga elétrica parcial positiva na região de cada hidrogênio.
II) Na água em estado líquido, a atração entre moléculas vizinhas cria uma espécie de rede fluida, em contínuo rearranjo, com pontes de hidrogênio se formando e se rompendo a todo momento.
III) A tensão superficial está presente nas gotas de água, sendo responsável pela forma peculiar que elas possuem.
IV) O calor específico é definido como a quantidade de calor absorvida durante a vaporização de uma substância em seu ponto de ebulição.
Assinale a alternativa que contenha todas as afirmativas CORRETAS.
a. I e III.
b. II e IV.
c. I, II e III.
d. I, II e IV.
e. I, III e IV.
17- Descreva as principais etapas do metabolismo de um ecossistema aquático. 
Primeiramente bora fazer uma pergunta, “O que vem a ser o Metabolismo nos ambientes aquáticos? ”. O conceito para Metabolismo Aquático ele vem principalmente do estudo do movimento dos nutrientes entre os compartimentos bióticos e abióticos e o fluxo de energia, indicando a forma, eficiência e integridade ecológica do seu funcionamento. Então todo movimento dos nutrientes, seja ele qual for, dentre esses compartimentos, seja ele da Interface agua-ar para a Fase Profunda etc. como esses nutrientes vão caminhando dentre esse sistema biológico, como o fluxo de energia funciona. Vamos ver que a base do metabolismo além do fluxo de nutrientes se dá principalmente pela assimilação do CO2 e isso tudo fornece uma integridade e eficiência para todo o funcionamento desse ecossistema aquático. 
Temos três etapas do Metabolismo Aquático, são elas, a Produção, o Consumo e a Decomposição. Podemos dizer que a Produção e o Consumo correm principalmente na Região Eufótica. Nessa região, chamada também de zona de produção é onde vai haver a assimilação da luz e com isso a produção de principalmente carboidratos, realizado pelafotossíntese. Nessa zona de produção nos vamos ter a geração de energia e vamos ter principalmente o consumo. E o detrito dessa zona de produção ele vai ser enviado para a zona trofolitica, e é onde haverá principalmente a decomposição dos organismos decompositores. 
Falando um pouco sobre a etapa da produção, ela ocorre principalmente nas regiões que apresentam luz solar e o que ocorre nessas regiões é a chamada Fotossíntese, sendo o processo que produz oxigênio e carboidratos (glicose), sendo produzido pelos produtores chamados de primários. Os produtores primários são em sua grande maioria macrofitas aquáticas, microalgas, perifiton e algumas bactérias. Esses organismos chamados de produtores primários, são os principais responsáveis pela introdução de energia dentro dos ecossistemas aquáticos através da fotossíntese. 
Teremos basicamente dois tipos de produção, elas são, a Produção Total, chamada também de Produção Primaria Bruta e a Produção Primaria Líquida. Então, a produção primaria bruta é aquela que é assimilada, produzida e é gasta para a manutenção de seu próprio metabolismo. Já o que for assimilado e transformado em biomassa e reprodução desses organismos é efetivamente o que vai alimentar o fluxo energético, essa é dita como sendo a produção primaria liquida. 
Nós teremos diferença quanto a produção, quando relacionados aos tipos de ecossistemas, podendo ser os ecossistemas Lênticos e Lóticos. Nos ecossistemas Lênticos, a produção primaria é principalmente autóctone, ou seja, dentro do próprio sistema, podendo ser na zona Eufótica e na região Litorânea. Nessas regiões o metabolismo é autotrófico do sistema, ou seja, a produção é maior que a respiração. Então, nesse caso, a matéria orgânica é maior que a respiração de todo o ecossistema. 
Tratando-se de produção primaria, temos dois tipos de produção primaria, nós iremos ter os Produtores Primários Fotoautróficos e os Produtores Primários Quimiotróficos. Sendo os Produtores Primários Fotoautróficos os organismos que utilizam de energia solar e de CO2 para a síntese de matéria orgânica. São os mais importantes na maioria dos ecossistemas aquáticos. Dentre eles teremos as algas, macrófitas aquáticas e sulfobactérias. Já os Produtores Primários Quimiotróficos, são aqueles que utilizam energia das reações de oxidação e redução para realizar a síntese de matéria orgânica. São exemplos de organismos Produtores Primários Quimiotróficos as bactérias nitrificantes, algumas espécies de sulfobactérias, como no caso da Beggiatoa e da Thithirix, que em alguns lagos, a produção destes organismos pode assumir papel importante na produção de matéria orgânica.
Quando falamos de ecossistemas Lóticos, temos algumas características diferentes. Nos ambientes lóticos, que por sua vez apresentam um grande fluxo de agua, ou seja, apresentam corrente. Esses ambientes têm como características uma vegeração Riparia, também conhecida como mata de Galeria ou Ciliar, sendo ela bem desenvolvida ao longo das encostas dos rios. E devido a essa vegeração riparia, a penetração da radiação solar ela é geralmente reduzida. Como consequência da pouca incidência de luz solar, ira haver uma queda no processo do metabolismo de energia, da produção de matéria orgânica. Logo, com a produção menor, tendo um processo fotossintético menor, a maioria da produção de matéria orgânica será Alóctone, ou seja, será de fora do ecossistema aquático. Nesses ecossistemas lóticos iremos ter um metabolismo heterotrófico, ou seja, a produção de matéria orgânica é menor que a respiração. 
Chegando a parte do Consumo, os consumidores são os organismos que irão obter a energia direta ou indireta a partir da matéria orgânica sintetizada pelos produtores primários. No ecossistema aquático nós iremos ter os consumidores primários, ou chamados herbívoros, que são compostos principalmente pelo zooplâncton e por peixes herbívoros, que irão consumir a energia proveniente dos produtores primários. Já os animais que irão obter a sua energia a partir dos consumidores primários, são chamados de carnívoros, ou, consumidores secundários e assim por diante, terciário, quaternário etc.
Por último temos os decompositores, a qual realizam o processo de decomposição. Nos sistemas aquáticos a decomposição ocorre principalmente por três vias básicas de fluxo energético. São elas, a Cadeia de Herbívoros, o Círculo Microbiano e a Cadeia de Detritos. A cadeia de detritos ela é formada pela matéria orgânica de origem autóctone e alóctone de origem animal e vegetal em decomposição. No entanto, a matéria orgânica de origem animal é proporcionalmente insignificante nos ecossistemas aquáticos, quando comparada a necromassa de origem vegetal ou matéria orgânica particulada grossa (MOPG). 
18- O que é produção autóctone e produção alóctone e quais suas principais fontes para os ambientes aquáticos continentais?
Nós teremos diferença quanto a produção, quando relacionados aos tipos de ecossistemas, podendo ser os ecossistemas Lênticos e Lóticos. Nos ecossistemas Lênticos, a produção primaria é principalmente autóctone, ou seja, dentro do próprio sistema, podendo ser na zona Eufótica e na região Litorânea. Nessas regiões o metabolismo é autotrófico do sistema, ou seja, a produção é maior que a respiração. Então, nesse caso, a matéria orgânica é maior que a respiração de todo o ecossistema. 
Quando falamos de ecossistemas Lóticos, temos algumas características diferentes. Nos ambientes lóticos, que por sua vez apresentam um grande fluxo de agua, ou seja, apresentam corrente. Esses ambientes têm como características uma vegeração Riparia, também conhecida como mata de Galeria ou Ciliar, sendo ela bem desenvolvida ao longo das encostas dos rios. E devido a essa vegeração riparia, a penetração da radiação solar ela é geralmente reduzida. Como consequência da pouca incidência de luz solar, ira haver uma queda no processo do metabolismo de energia, da produção de matéria orgânica. Logo, com a produção menor, tendo um processo fotossintético menor, a maioria da produção de matéria orgânica será Alóctone, ou seja, será de fora do ecossistema aquático. Nesses ecossistemas lóticos iremos ter um metabolismo heterotrófico, ou seja, a produção de matéria orgânica é menor que a respiração.
Composta normalmente por troncos, frutos, galhos, mas em sua maior porcentagem, atingindo a marca dos 60%, composta por folhas. Quando falamos de matéria orgânica alóctone, em ecossistemas lóticos, estamos falando basicamente de folhas, que correspondem por 60% de toda matéria orgânica nesses ambientes. Com isso, as folhas das arvores desempenham um papel fundamental no fluxo energético dos rios. E quando falamos de matéria orgânica autóctone, em ecossistemas lenticos, estamos falando basicamente de matéria orgânica particulada dissolvida, no caso, composta por compostos químicos refratários. Tendo como exemplo os ácidos húmicos, matérias ricas em celulose, lignina etc.
19- Qual o papel das bactérias no metabolismo dos ecossistemas aquáticos?
As bactérias desempenham um papel de fundamental importância no ambiente aquático. Pelo processo de decomposição e mineralização da matéria orgânica, as bactérias suprem nutrientes aos produtores primários. Além disso, em ambientes pelágicos naturais, as bactérias consomem uma fração significativa da produção fotossintética total. O processo de mineralização da matéria orgânica autóctone ou alóctone na massa de agua resulta em biossíntese de proteína particulada, composta pela célula bacteriana que, por sua vez, constitui importante alimento para o zooplâncton. 
20- Como a matéria orgânica pode ser classificada quanto ao tamanho de suas partículas?
A matéria orgânica pode ser classificada de três modos distintos, sendo eles, a Matéria Orgânica Particulada Grossa (MOPG), partícula essa com tamanhos superiores a 1 milímetro. Composta normalmente por troncos, frutos, galhos, mas em sua maior porcentagem, atingindo a marca dos 60%, composta por folhas. Quando falamos de matéria orgânica alóctone,em ecossistemas lóticos, estamos falando basicamente de folhas, que correspondem por 60% de toda matéria orgânica nesses ambientes. Com isso, as folhas das arvores desempenham um papel fundamental no fluxo energético dos rios. 
Temos também a Matéria Orgânica Particulada Fina (MOPF), medindo entre 0,05 milímetros até 1 milímetro. Sendo originada principalmente da abrasão física e da ação de organismos decompositores.
E por último, temos a Matéria Orgânica Particulada Dissolvida (MOPD), que é formada principalmente pelos compostos químicos refratários, principalmente ácidos húmicos e fúlvicos, proteínas, aminoácidos, lipídeos e carboidratos. Sendo elas os menores compostos, estando dissolvidos no corpo de agua.
21- Como a matéria orgânica pode ser classificada quanto à resistência a decomposição?
Quanto à resistência da matéria orgânica particulada, podemos caracterizar dois tipos, eles sendo a Fração Lábil e a Fração Refratária. Quando falamos de Lábil, estamos falando de fácil decomposição, ou seja, as matérias orgânicas de fração lábil, são materiais que levam apenas horas ou poucos dias para serem degradadas. Temos o exemplo da glicose e aminoácidos. Já a matéria orgânica de fração refratária é aquela de difícil decomposição e por sua vez tendem a acumular-se no sedimento, normalmente em ambientes lenticos. Tendo como exemplo os ácidos húmicos, matérias ricas em celulose, lignina etc.