A Água e Suas Características na Natureza

AULA INTERDISCIPLINAR DE CIÊNCIAS NATURAIS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
Planeta Água
Guilherme Arantes
Água que nasce na fonte serena do mundo
E que abre um profundo grotão
Água que faz inocente riacho e deságua
Na corrente do ribeirão
Águas escuras dos rios
Que levam a fertilidade ao sertão
Águas que banham aldeias
E matam a sede da população
Águas que caem das pedras
No véu das cascatas, ronco de trovão
E depois dormem tranqüilas
No leito dos lagos, no leito dos lagos
Água dos igarapés, onde Iara, a mãe d'água
É misteriosa canção
Água que o sol evapora,
Pro céu vai embora,
Virar nuvem de algodão
Gotas de água da chuva,
Alegre arco-íris sobre a plantação
Gotas de água da chuva
Tão tristes, são lágrimas na inundação
Águas que movem moinhos
São as mesmas águas que encharcam o chão
E sempre voltam humildes
Pro fundo da terra, pro fundo da terra
Terra! Planeta Água
A ÁGUA E SUAS CARACTERÍSTICAS
1. Introdução
A água no planeta: a paisagem da Terra com seus rios, mares, oceanos, montanhas se deve à presença
da vida, representada pelos seres vivos. Um dos principais fatores que permitiu o aparecimento e a
manutenção da vida é a existência da água, que se encontra largamente espalhada na natureza.
Basta olhar ao redor para perceber como a água está sempre fluindo de um lugar para outro. Recobre
cerca de75% da superfície terrestre, na forma de água líquida e de gelo; o vapor d'água entra na composição
do ar. o volume de água no planeta corresponde a 1,4 . 1021
litros.
resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc

Entretanto, a quantidade de água potável é muito pequena, em torno de 0,3%, nas águas de rios, lagos
e subsolo até 750 metros de profundidade.
2. Estrutura molecular da água
Uma molécula de água (H2O) é formada por um átomo
de oxigênio (O) unido covalentemente a dois átomos de
hidrogênio (H), os quais formam entre si um ângulo de
104,5° (cento e quatro graus e meio). Como a força de
atração dos oito prótons do núcleo do oxigênio é maior que a
do único próton dos núcleos do hidrogênio (o oxigênio é mais
eletronegativo), a molécula de água é polarizada, isto é,
apesar de ter carga elétrica total igual a zero, possui carga
elétrica parcial negativa (δ ) na região do oxigênio e carga
elétrica parcial positiva (δ+
) na região de cada hidrogênio.
3. Pontes de hidrogênio
Muitas das propriedades da água decorrem do fato de
o átomo de oxigênio de uma molécula atrair um dos átomos
de hidrogênio de uma molécula vizinha, estabelecendo-se
entre elas uma ligação química denominada ponte de
hidrogênio. Uma ponte de hidrogênio forma-se quando um
átomo com carga elétrica parcial negativa de uma molécula
atrai um hidrogênio com carga elétrica parcial positiva de
uma molécula vizinha. São as pontes de hidrogênio que
mantêm a coesão, entre as moléculas de água em estado
líquido ou sólido (gelo).
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 o momento.
ATENÇÃO
Para que a molécula de água possa se comportar como uma molécula de gás (vapor), ela deve quebrar
essas pontes de hidrogênio que a unem a moléculas vizinhas e isso custa muita energia. Apesar de ser bem
mais fraca que as ligações iônicas (transferência completa de elétrons) e covalentes (compartilhamento de
par de elétrons), essa ligação é mais forte que a maioria das outras ligações entre moléculas.
2

As pontes de hidrogênio ocorrem em maior quantidade no estado sólido do que no líquido, conferindo à
água comportamentos interessantes: o gelo tem densidade menor que a água líquida e flutua nela; isto se deve
ao fato que as moléculas de água, no estado sólido se organizam formando hexágonos, numa estrutura mais
aberta que no estado líquido, ocupando, portanto, volume maior. Assim, a relação d = m/v é menor do 1
(densidade da água líquida).
Aquecendo a água acima do seu ponto de fusão, a referida rede cristalina começa a ser destruída
sendo os espaços anteriormente vazios preenchidos por algumas moléculas. Por isso se verifica a contração
do volume. O valor do volume mínimo atingido ocorre quando água alcança a temperatura de 39,2°F.
Como a densidade do gelo é em torno 0,92 g/cm3
, isso faz que o gelo flutue com cerca de 92% do seu
volume submerso. Esse tipo de dilatação anormal da áqua explica por que um lago congela apenas na
superficie.
Durante o resfriamento da água da superfície até 4°C a densidade aumenta, e essa água desce, produzindo
a subida da água mais quente do fundo (convecção). Isso ocorre até que toda a água do lago atinja 4°C, pois a
partir daí, quando a temperatura da água da superfície diminui, seu volume aumenta, diminuindo a densidade. Em
conseqüência, essa água mais fria não desce mais e acaba se solidificando. Esse gelo formado na superfície isola o
restante da água, fazendo com que a temperatura no fundo do lago conserve-se acima de 0°C.
A dilatação anormal da água faz com que apenas a superfície de um lago se solidifique. O gelo
formado isola o restante da água (o gelo é péssimo condutor de calor), fazendo com que a temperatura no
fundo do lago seja superior a 0o
C e, desse modo, preservando a vida animal e vegetal lá existente.
LEITURA
AÇÃO DAS MICROONDAS SOBRE AS MOLÉCULAS DE ÁGUA
3

A molécula de água, H2O, como já vimos, é formada
por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Ela é bipolar,
o que significa que o baricentro das cargas negativas e o das
cargas positivas não são confundidos, isto se deve fato de o
átomo de oxigênio ter mais elétrons negativos que o de
hidrogênio.
Quando sujeita a uma radiação, a molécula de água
absorve a energia das ondas eletromagnéticas se estas têm
uma freqüência na faixa das microondas (2450 MHz). Esta
absorção traduz-se numa vibração da molécula de água.
As moléculas de água de um alimento em estado normal estão em desordem: não respeitam nenhuma
ordem de orientação específica. Mas quando sujeitas a um campo elétrico contínuo os pólos negativos das
moléculas de água têm tendência a orientar-se em direção a este último.
Quando sujeitas às microondas, as moléculas de água do alimento
orientam-se em direção do campo elétrico que compõe estas ondas. Este
campo, ao ser alternado, faz com que os pólos orientem-se
sucessivamente num sentido e seguidamente no outro, o que resulta em
várias mudanças de orientação (cerca de 2.450.000.000 vezes num
segundo) ao mesmo ritmo que a onda que oscila 2.450.000.000 vezes por
segundo.
As frições entre as moléculas de água criadas por este grande número de rotações libertam calor. Após
esta liberação de calor, este se transmite às diferentes camadas do alimento por condução e aquecendo assim
a uma parte do alimento. A quantidade de água não repartida da mesma maneira no alimento faz com que
certas partes do alimento fiquem mais ou menos quentes que outros. Mas quando há liberação de calor das
moléculas de água, têm tendência a passar do estado líquido ao estado gasoso, o volume de vapor assim
produzido não pode necessariamente ser contido no alimento e é por isso que certos alimentos explodem.
A molécula de água não é a única a vibrar na presença de microondas, há também os açúcares e as
gorduras. Mas o que faz com que a molécula de água seja a única a desempenhar um papel na liberação de
calor é a sua dimensão: é a única que é bipolar e que pode girar graças à sua pequena dimensão.
PENETRAÇÃO DAS ONDAS NO INTERIOR DO ALIMENTO
A penetração das ondas, nos alimentos difere em função deste, da sua concentração e composição.
Quando um alimento é sujeito a uma radiação de microondas, ele tem tendência a rejeitar uma parte da onda
e a armazenar a outra. A parte absorvida é chamada de energia calorífica e é graças a ela que o alimento
aquece. A parte rejeitada é chamada de onda refletida.
Para evitar que certas partes do alimento sejam queimadas ou outras fiquem frias é necessário que a
distribuição das ondas seja a mesma em todas as zonas do alimento. Para este efeito as paredes da cavidade
fazem refletir as ondas e o prato em rotação permite a distribuição homogênea das ondas ao alimento.
4. A água e os seres vivos
A maior parte da massa dos seres vivos é simplesmente água. Essa substância é responsável por mais
de 70% da massa de nosso corpo; as porcentagens de água nos tecidos de nosso organismo variam de 20%,
nos ossos, até 85%, no cérebro.
4

ORIGEM
A água origina-se em maior parte do meio externo (água exógena) e em menor parte dos processos
metabólicos vitais (água endógena).
1a
) Água Exógena - É incorporada pela absorção radicular (raiz) nos vegetais terrestres e pela
ingestão, na maioria dos animais.
2a
) Água Endógena - É formada na síntese de proteínas e no processo de respiração celular. Na
síntese de proteínas cada ligação entre dois aminoácidos, para formar uma cadeia, produz uma molécula de
água. Na respiração, a água é produzida pela combinação dos hidrogênios retirados do alimento com o
oxigênio absorvido do exterior.
É interessante notar que os lipídios produzem mais água (e mais energia) que os glicídios e as
proteínas, porque têm, relativamente, mais hidrogênios em suas moléculas.
A quantidade de água varia:
1. De espécie para espécie − nos invertebrados marinhos há muito mais água que nos invertebrados terrestres.
2. De indivíduo para indivíduo (idade) − indivíduos jovens têm mais água que os adultos.
3. De tecido para tecido (atividade) − tecidos mais ativos têm mais água que tecidos menos ativos.
5. Propriedades da Água
A) A água como solvente
A água é um excelente solvente, ou seja, é capaz de dissolver grande variedade de substâncias
químicas, como sais, gases, açúcares, aminoácidos, proteínas e ácidos nucléicos; por isso costuma ser
chamada de "solvente universal". Do ponto de vista químico, dissolver consiste em separar, por meio de um
solvente, os agregados ou cristais que formam determinada substância. Por exemplo, quando colocamos
açúcar ou sal em um copo com água, as moléculas dessa substância penetram entre as partículas dos cristais
de açúcar ou de sal, separando-as e envolvendo-as, isto é, dissolvendo sua união. A dissolução, nesse caso,
leva à formação de uma mistura homogênea, a solução, composta pelo solvente e pelas substâncias
dissolvidas, genericamente chamadas de solutos.
O líquido que preenche as células vivas, denominado
citosol, consiste em uma solução aquosa de diversas
substâncias; o sangue e outros líquidos corporais dos seres
multicelulares também são soluções aquosas. As principais
substâncias dissolvidas nessas soluções biológicas são
glicídios, sais, aminoácidos e proteínas, entre outras.
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IMPORTANTE
Em um cristal de cloreto de sódio, são as forças elétricas
entre os íons Na+
e C−
que mantêm a estrutura de sua rede
cristalina. Quando esse sal é colocado em água, a força elétrica
entre os íons torna-se muita fraca (80 vezes menor) e, por isso,
a rede cristalina se desfaz. Então, a solução de NaC em água
é constituída por íons de Na+
e C−
, distribuídos praticamente
livres no seio do líquido. Toda substância, cujas ligações são
do mesmo tipo que no cloreto de sódio, se dissolvem facilmente
na água, em virtude da grande redução causada por esse meio
na força elétrica entre os íons.
LEITURA
SUBSTÂNCIAS HIDROFÍLICAS E HIDROFÓBICAS
Na dissolução do cloreto de sódio, a dupla polaridade das moléculas de água explica sua versatilidade
como solvente. Por serem dipolares, as moléculas de água podem associar-se tanto a moléculas de carga
elétrica positiva quanto a moléculas de carga elétrica negativa. Sais, açúcares, proteínas e muitas outras
substâncias orgânicas apresentam afinidade pela água, dissolvendo-se nela. Substâncias que têm afinidade
pela água são genericamente chamadas de hidrofílicas (do grego hydro, água, e philos, amigo).
Gorduras e outras substâncias cujas moléculas não têm cargas elétricas, isto é, são apolares (não-
polarizadas), não se dissolvem em água e por isso são chamadas de hidrofóbicas (do grego hydro, água, e
phobos, medo, aversão). A razão dessa insolubilidade é que as moléculas de água não conseguem interagir
com moléculas não- Denomina-se reação química ao processo de transformação de uma ou mais moléculas,
genericamente chamadas de reagentes, em moléculas de uma outra ou mais substâncias, chamadas de
produtos. Nos seres vivos ocorre ininterruptamente um número incalculável de reações químicas, mediante
as quais as células obtêm energia e produzem as substâncias necessárias a sua vida. Em muitas dessas
reações, a água participa como reagente; em outras, ela é gerada como produto.
Reações químicas em que ocorre união entre moléculas, com formação de água como produto, são
chamadas de síntese por desidratação. As reações de quebra de moléculas orgânicas em que a água participa
como reagente são denominadas reações de hidrólise (do grego, hydro, água e lise, quebra), que significa
"quebra pela água". Por exemplo, a reação de união entre aminoácidos para a formação das proteínas é uma
síntese por desidratação. Já a digestão do açúcar sacarose, que se transforma em glicose e em frutose, é um
exemplo de reação de hidrólise.
6

B) Coesão e adesão da água
As pontes de hidrogênio mantêm as moléculas de água unidas umas às outras, fenômeno conhecido
por coesão. Esse fenômeno é bem evidente na superfície de uma massa de água, onde há uma película
relativamente resistente formada por moléculas de água firmemente aderidas umas às outras, na zona de
contato com o ar. Essa propriedade de a superfície de um líquido se comportar como se houvesse um filme
elástico distendido sobre ela é chamada tensão superficial. Em um lago, por exemplo, podemos observar que
a tensão superficial da água, que é maior do que a da maioria do outros líquidos, consegue suportar o peso
de insetos, de folhas etc. A tensão superficial está presente também na superfície das gotas de água, sendo
responsável pela forma peculiar que elas possuem.
C) Capilaridade
A coesão e a adesão são responsáveis pela
capilaridade, como é chamada a tendência que a água
apresenta de subir pelas paredes de tubos finos ou de se
deslocar por espaços estreitos existentes em materiais
porosos, como tecidos de algodão ou esponjas. Quando a
extremidade de um tubo fino de paredes hidrófilas é
mergulhada na água, as moléculas dessa substância
literalmente "sobem pelas paredes" internas do tubo. Nessa
elevação, as moléculas de água aderidas à parede arrastam as
moléculas mais internas da coluna líquida, às quais estão
ligadas por coesão. Em um tubo de diâmetro maior, a
quantidade de moléculas da coluna líquida em contato com a
parede é proporcionalmente menor que a das moléculas mais
internas e, conseqüentemente, a força de adesão não eleva
muito o nível da coluna de água. Nas plantas, a capilaridade
atua no deslocamento da seiva bruta, desde as raízes, onde
ela é absorvida do solo, até o topo das árvores.
D) A água como moderador de temperatura
A maioria dos seres vivos só pode existir em uma estreita faixa de temperatura, fora da qual os
organismos morrem ou seu metabolismo cessa. Nesse contexto, a água é essencial à manutenção da vida,
pois ajuda a evitar variações bruscas na temperatura dos organismos. A água pode desempenhar esse papel
porque apresenta valores elevados de calor específico, de calor latente de vaporização e de calor latente de
fusão.
⇒ Calor específico da água
O calor específico é definido como a quantidade de calor que um grama de uma substância precisa
absorver para aumentar sua temperatura em 1°C (um grau Celsius), sem que haja mudança de estado físico.
Diferentemente de outras substâncias, a água pode absorver ou ceder grandes quantidades de calor com
pequena alteração de temperatura, ou seja, ela possui calor específico extraordinariamente alto. Por exemplo,
se colocarmos a mesma quantidade de água e de ferro no forno, veremos que o ferro se aquece muito mais
depressa que a água. Por outro lado, o ferro também se resfria mais depressa que a água. Para uma mesma
quantidade de calor absorvida, o ferro se aquece dez vezes mais que a água e, portanto, possui calor
específico dez vezes menor que ela.
⇒ Calor latente de vaporização da água
O calor latente de vaporização é definido como a quantidade de calor absorvida durante a vaporização
de uma substância em seu ponto de ebulição. A água tem elevado calor de vaporização (539,6 cal/g) quando
comparado ao de outros líquidos. O alto calor latente de vaporização da água é conseqüência da forte coesão
7

entre suas moléculas. Para que a água passe do estado líquido para o gasoso é preciso romper as pontes de
hidrogênio que mantêm as moléculas unidas, o que demanda muita energia.
A evaporação da água é um mecanismo importante para os seres vivos; graças a ele, os organismos
terrestres evitam o superaquecimento. As folhas das plantas, por exemplo, não se aquecem demais durante
um dia de sol intenso porque a maior parte do calor que chega até elas é usado para evaporar a água dos
tecidos no processo de transpiração foliar. A evaporação do suor de nossa pele, por sua vez, ajuda a resfriar
a superfície do corpo em um dia quente ou quando fazemos atividades físicas que geram calor em excesso.
⇒ Calor latente de fusão da água
Calor latente de fusão é a quantidade de calor necessária para transformar um grama de uma
substância em estado sólido para o estado líquido, na temperatura de fusão. A água tem elevado calor latente
de fusão (79,7 cal/g). Para se solidificar, isto é, tornar-se gelo, ela precisa liberar muito calor, o que requer
exposição a temperaturas inferiores a 0°C por tempo prolongado. O alto calor de fusão da água protege os
organismos vivos dos efeitos danosos do congelamento; se a água de suas células congelasse facilmente, os
seres vivos morreriam devido aos cristais formados dentro delas, que causariam danos às membranas
celulares.
Hoje é comum congelar células vivas e conservá-las em nitrogênio (N2) líquido a uma temperatura de
cerca de −196°, como se faz com embriões humanos antes de serem implantados no útero materno, nos
processos de reprodução assistida. Nesses casos, as células são tratadas previamente com substâncias
químicas que impedem a formação de cristais de gelo e congeladas seguindo um método especial.
6. Diagrama de fases da água
Para interpretar as relações existentes entre as fases sólida, líquida e de vapor utiliza-se um gráfico –
diagrama de fases. Esse diagrama explicita as condições para as quais uma substância existe no estado
sólido, líquido ou gasoso.
EXERCÍCIOS
01. A água é a substância mais abundante na constituição dos mamíferos. É encontrada nos compartimentos
extracelulares (líquido intersticial), intracelulares (no citoplasma) e transcelulares (dentro de órgãos como a
bexiga e o estômago). Sobre a água, é correto afirmar que:
(01) a quantidade em que é encontrada nos organismos é invariável de espécie para espécie.
(02) a distribuição de cargas elétricas na molécula de água lhe dá característica de uma substância apolar.
(04) a organização bimolecular dos fosfolipídios nas biomembranas resulta da atração entre os grupos
fosfatos e as moléculas de água provocadas pela polaridade.
(08) o alto calor específico da água impede mudanças bruscas de temperatura dentro das células.
(16) o grande poder de dissolução da água é muito importante para os organismos, pois as reações químicas
ocorrem no meio aquoso.
(32) participa da constituição dos fluidos orgânicos que transportam substâncias dissolvidas por todo corpo.
(64) a água é classificada como um óxido básico.
02. A água pode nos fascinar. Não apenas por sua incrível abundância ou variedade de formas, ou mesmo por
seu papel fundamental em moldar nosso planeta e a evolução da vida. Para mim, o fascinante é que
propriedades tão ricas possam surgir de uma estrutura tão simples. Além do mais, não é apenas a riqueza da
simplicidade da água que é tão inspiradora, pois a sutileza de suas propriedades também me traz grande
satisfação. Que suas propriedades incomuns sejam essenciais para o surgimento e manutenção da vida é uma
dimensão a mais, a ser acrescentada ao prazer de se contemplar a água.
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Em relação às considerações do texto e aos aspectos físicos, químicos e biológicos do ciclo da água, pode-se
afirmar que:
(01) o mecanismo de transporte ativo é uma exigência para o intercâmbio de água entre a célula e o meio,
durante a transpiração.
(02) nas condições físicas do planeta, a abundância da água, nas fases líquida e sólida está relacionada às
interações moleculares tipo ligação de hidrogênio.
(04) a perda de água sob a forma gasosa, comum aos seres vivos, integra os processos que sustentam o ciclo
da água.
(08) no ciclo da água, evaporação e condensação são transformações físicas, exotérmica e endotérmica,
respectivamente.
(16) as plantas degradam a molécula de água, retendo hidrogênio e eliminando oxigênio, o que torna seu papel
fundamental na manutenção da vida.
(32) a água participa da manutenção da vida, porque é substância apolar e capaz de dissolver gorduras.
(64)animais terrestres podem comprometer o ciclo da água ao concentrá-la em elevadas proporções em suas
células.
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