Resumo teorico

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Resumo teorico

  1. 1. AULA INTERDISCIPLINAR DE CIÊNCIAS NATURAISDEPARTAMENTO DE BIOLOGIAPlaneta ÁguaGuilherme ArantesÁgua que nasce na fonte serena do mundoE que abre um profundo grotãoÁgua que faz inocente riacho e deságuaNa corrente do ribeirãoÁguas escuras dos riosQue levam a fertilidade ao sertãoÁguas que banham aldeiasE matam a sede da populaçãoÁguas que caem das pedrasNo véu das cascatas, ronco de trovãoE depois dormem tranqüilasNo leito dos lagos, no leito dos lagosÁgua dos igarapés, onde Iara, a mãe dáguaÉ misteriosa cançãoÁgua que o sol evapora,Pro céu vai embora,Virar nuvem de algodãoGotas de água da chuva,Alegre arco-íris sobre a plantaçãoGotas de água da chuvaTão tristes, são lágrimas na inundaçãoÁguas que movem moinhosSão as mesmas águas que encharcam o chãoE sempre voltam humildesPro fundo da terra, pro fundo da terraTerra! Planeta ÁguaTerra! Planeta ÁguaTerra! Planeta ÁguaA ÁGUA E SUAS CARACTERÍSTICAS1. IntroduçãoA água no planeta: a paisagem da Terra com seus rios, mares, oceanos, montanhas se deve à presençada vida, representada pelos seres vivos. Um dos principais fatores que permitiu o aparecimento e amanutenção 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. Recobrecerca de75% da superfície terrestre, na forma de água líquida e de gelo; o vapor dágua entra na composiçãodo ar. o volume de água no planeta corresponde a 1,4 . 1021litros.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc
  2. 2. Entretanto, a quantidade de água potável é muito pequena, em torno de 0,3%, nas águas de rios, lagose subsolo até 750 metros de profundidade.2. Estrutura molecular da águaUma molécula de água (H2O) é formada por um átomode oxigênio (O) unido covalentemente a dois átomos dehidrogênio (H), os quais formam entre si um ângulo de104,5° (cento e quatro graus e meio). Como a força deatração dos oito prótons do núcleo do oxigênio é maior que ado único próton dos núcleos do hidrogênio (o oxigênio é maiseletronegativo), a molécula de água é polarizada, isto é,apesar de ter carga elétrica total igual a zero, possui cargaelétrica parcial negativa (δ ) na região do oxigênio e cargaelétrica parcial positiva (δ+) na região de cada hidrogênio.3. Pontes de hidrogênioMuitas das propriedades da água decorrem do fato deo átomo de oxigênio de uma molécula atrair um dos átomosde hidrogênio de uma molécula vizinha, estabelecendo-seentre elas uma ligação química denominada ponte dehidrogênio. Uma ponte de hidrogênio forma-se quando umátomo com carga elétrica parcial negativa de uma moléculaatrai um hidrogênio com carga elétrica parcial positiva deuma molécula vizinha. São as pontes de hidrogênio quemantêm a coesão, entre as moléculas de água em estadolíquido ou sólido (gelo).Na água em estado líquido, a atração entre moléculasvizinhas cria uma espécie de rede fluida, em contínuorearranjo, com pontes de hidrogênio se formando e serompendo a todo o momento.ATENÇÃOPara que a molécula de água possa se comportar como uma molécula de gás (vapor), ela deve quebraressas pontes de hidrogênio que a unem a moléculas vizinhas e isso custa muita energia. Apesar de ser bemmais fraca que as ligações iônicas (transferência completa de elétrons) e covalentes (compartilhamento depar de elétrons), essa ligação é mais forte que a maioria das outras ligações entre moléculas.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc2
  3. 3. As pontes de hidrogênio ocorrem em maior quantidade no estado sólido do que no líquido, conferindo àágua comportamentos interessantes: o gelo tem densidade menor que a água líquida e flutua nela; isto se deveao fato que as moléculas de água, no estado sólido se organizam formando hexágonos, numa estrutura maisaberta 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 destruídasendo os espaços anteriormente vazios preenchidos por algumas moléculas. Por isso se verifica a contraçãodo 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 seuvolume submerso. Esse tipo de dilatação anormal da áqua explica por que um lago congela apenas nasuperficie.Durante o resfriamento da água da superfície até 4°C a densidade aumenta, e essa água desce, produzindoa subida da água mais quente do fundo (convecção). Isso ocorre até que toda a água do lago atinja 4°C, pois apartir daí, quando a temperatura da água da superfície diminui, seu volume aumenta, diminuindo a densidade. Emconseqüência, essa água mais fria não desce mais e acaba se solidificando. Esse gelo formado na superfície isola orestante 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 geloformado isola o restante da água (o gelo é péssimo condutor de calor), fazendo com que a temperatura nofundo do lago seja superior a 0oC e, desse modo, preservando a vida animal e vegetal lá existente.LEITURAAÇÃO DAS MICROONDAS SOBRE AS MOLÉCULAS DE ÁGUAresumoteorico-130504113337-phpapp01.doc3
  4. 4. A molécula de água, H2O, como já vimos, é formadapor um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Ela é bipolar,o que significa que o baricentro das cargas negativas e o dascargas positivas não são confundidos, isto se deve fato de oátomo de oxigênio ter mais elétrons negativos que o dehidrogênio.Quando sujeita a uma radiação, a molécula de águaabsorve a energia das ondas eletromagnéticas se estas têmuma freqüência na faixa das microondas (2450 MHz). Estaabsorção traduz-se numa vibração da molécula de água.As moléculas de água de um alimento em estado normal estão em desordem: não respeitam nenhumaordem de orientação específica. Mas quando sujeitas a um campo elétrico contínuo os pólos negativos dasmoléculas de água têm tendência a orientar-se em direção a este último.Quando sujeitas às microondas, as moléculas de água do alimentoorientam-se em direção do campo elétrico que compõe estas ondas. Estecampo, ao ser alternado, faz com que os pólos orientem-sesucessivamente num sentido e seguidamente no outro, o que resulta emvárias mudanças de orientação (cerca de 2.450.000.000 vezes numsegundo) ao mesmo ritmo que a onda que oscila 2.450.000.000 vezes porsegundo.As frições entre as moléculas de água criadas por este grande número de rotações libertam calor. Apósesta liberação de calor, este se transmite às diferentes camadas do alimento por condução e aquecendo assima uma parte do alimento. A quantidade de água não repartida da mesma maneira no alimento faz com quecertas partes do alimento fiquem mais ou menos quentes que outros. Mas quando há liberação de calor dasmoléculas de água, têm tendência a passar do estado líquido ao estado gasoso, o volume de vapor assimproduzido 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 asgorduras. Mas o que faz com que a molécula de água seja a única a desempenhar um papel na liberação decalor 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 ALIMENTOA 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 ondae a armazenar a outra. A parte absorvida é chamada de energia calorífica e é graças a ela que o alimentoaquece. A parte rejeitada é chamada de onda refletida.Para evitar que certas partes do alimento sejam queimadas ou outras fiquem frias é necessário que adistribuição das ondas seja a mesma em todas as zonas do alimento. Para este efeito as paredes da cavidadefazem refletir as ondas e o prato em rotação permite a distribuição homogênea das ondas ao alimento.4. A água e os seres vivosA maior parte da massa dos seres vivos é simplesmente água. Essa substância é responsável por maisde 70% da massa de nosso corpo; as porcentagens de água nos tecidos de nosso organismo variam de 20%,nos ossos, até 85%, no cérebro.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc4
  5. 5. ORIGEMA água origina-se em maior parte do meio externo (água exógena) e em menor parte dos processosmetabólicos vitais (água endógena).1a) Água Exógena - É incorporada pela absorção radicular (raiz) nos vegetais terrestres e pelaingestão, na maioria dos animais.2a) Água Endógena - É formada na síntese de proteínas e no processo de respiração celular. Nasíntese de proteínas cada ligação entre dois aminoácidos, para formar uma cadeia, produz uma molécula deágua. Na respiração, a água é produzida pela combinação dos hidrogênios retirados do alimento com ooxigênio absorvido do exterior.É interessante notar que os lipídios produzem mais água (e mais energia) que os glicídios e asproteínas, 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 ÁguaA) A água como solventeA água é um excelente solvente, ou seja, é capaz de dissolver grande variedade de substânciasquímicas, como sais, gases, açúcares, aminoácidos, proteínas e ácidos nucléicos; por isso costuma serchamada de "solvente universal". Do ponto de vista químico, dissolver consiste em separar, por meio de umsolvente, os agregados ou cristais que formam determinada substância. Por exemplo, quando colocamosaçúcar ou sal em um copo com água, as moléculas dessa substância penetram entre as partículas dos cristaisde 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 substânciasdissolvidas, genericamente chamadas de solutos.O líquido que preenche as células vivas, denominadocitosol, consiste em uma solução aquosa de diversassubstâncias; o sangue e outros líquidos corporais dos seresmulticelulares também são soluções aquosas. As principaissubstâncias dissolvidas nessas soluções biológicas sãoglicídios, sais, aminoácidos e proteínas, entre outras.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc5
  6. 6. IMPORTANTEEm um cristal de cloreto de sódio, são as forças elétricasentre os íons Na+e C−que mantêm a estrutura de sua redecristalina. Quando esse sal é colocado em água, a força elétricaentre os íons torna-se muita fraca (80 vezes menor) e, por isso,a rede cristalina se desfaz. Então, a solução de NaC em águaé constituída por íons de Na+e C−, distribuídos praticamentelivres no seio do líquido. Toda substância, cujas ligações sãodo mesmo tipo que no cloreto de sódio, se dissolvem facilmentena água, em virtude da grande redução causada por esse meiona força elétrica entre os íons.LEITURASUBSTÂNCIAS HIDROFÍLICAS E HIDROFÓBICASNa dissolução do cloreto de sódio, a dupla polaridade das moléculas de água explica sua versatilidadecomo solvente. Por serem dipolares, as moléculas de água podem associar-se tanto a moléculas de cargaelétrica positiva quanto a moléculas de carga elétrica negativa. Sais, açúcares, proteínas e muitas outrassubstâncias orgânicas apresentam afinidade pela água, dissolvendo-se nela. Substâncias que têm afinidadepela 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, ephobos, medo, aversão). A razão dessa insolubilidade é que as moléculas de água não conseguem interagircom 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 deprodutos. Nos seres vivos ocorre ininterruptamente um número incalculável de reações químicas, medianteas quais as células obtêm energia e produzem as substâncias necessárias a sua vida. Em muitas dessasreações, 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, sãochamadas de síntese por desidratação. As reações de quebra de moléculas orgânicas em que a água participacomo 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 umasíntese por desidratação. Já a digestão do açúcar sacarose, que se transforma em glicose e em frutose, é umexemplo de reação de hidrólise.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc6
  7. 7. B) Coesão e adesão da águaAs pontes de hidrogênio mantêm as moléculas de água unidas umas às outras, fenômeno conhecidopor coesão. Esse fenômeno é bem evidente na superfície de uma massa de água, onde há uma películarelativamente resistente formada por moléculas de água firmemente aderidas umas às outras, na zona decontato com o ar. Essa propriedade de a superfície de um líquido se comportar como se houvesse um filmeelástico distendido sobre ela é chamada tensão superficial. Em um lago, por exemplo, podemos observar quea tensão superficial da água, que é maior do que a da maioria do outros líquidos, consegue suportar o pesode insetos, de folhas etc. A tensão superficial está presente também na superfície das gotas de água, sendoresponsável pela forma peculiar que elas possuem.C) CapilaridadeA coesão e a adesão são responsáveis pelacapilaridade, como é chamada a tendência que a águaapresenta de subir pelas paredes de tubos finos ou de sedeslocar por espaços estreitos existentes em materiaisporosos, como tecidos de algodão ou esponjas. Quando aextremidade de um tubo fino de paredes hidrófilas émergulhada na água, as moléculas dessa substâncialiteralmente "sobem pelas paredes" internas do tubo. Nessaelevação, as moléculas de água aderidas à parede arrastam asmoléculas mais internas da coluna líquida, às quais estãoligadas por coesão. Em um tubo de diâmetro maior, aquantidade de moléculas da coluna líquida em contato com aparede é proporcionalmente menor que a das moléculas maisinternas e, conseqüentemente, a força de adesão não elevamuito o nível da coluna de água. Nas plantas, a capilaridadeatua no deslocamento da seiva bruta, desde as raízes, ondeela é absorvida do solo, até o topo das árvores.D) A água como moderador de temperaturaA maioria dos seres vivos só pode existir em uma estreita faixa de temperatura, fora da qual osorganismos 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 papelporque apresenta valores elevados de calor específico, de calor latente de vaporização e de calor latente defusão.⇒ Calor específico da águaO calor específico é definido como a quantidade de calor que um grama de uma substância precisaabsorver 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 compequena 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 maisdepressa que a água. Por outro lado, o ferro também se resfria mais depressa que a água. Para uma mesmaquantidade de calor absorvida, o ferro se aquece dez vezes mais que a água e, portanto, possui calorespecífico dez vezes menor que ela.⇒ Calor latente de vaporização da águaO calor latente de vaporização é definido como a quantidade de calor absorvida durante a vaporizaçãode uma substância em seu ponto de ebulição. A água tem elevado calor de vaporização (539,6 cal/g) quandocomparado ao de outros líquidos. O alto calor latente de vaporização da água é conseqüência da forte coesãoresumoteorico-130504113337-phpapp01.doc7
  8. 8. entre suas moléculas. Para que a água passe do estado líquido para o gasoso é preciso romper as pontes dehidrogênio 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 organismosterrestres evitam o superaquecimento. As folhas das plantas, por exemplo, não se aquecem demais duranteum dia de sol intenso porque a maior parte do calor que chega até elas é usado para evaporar a água dostecidos no processo de transpiração foliar. A evaporação do suor de nossa pele, por sua vez, ajuda a resfriara superfície do corpo em um dia quente ou quando fazemos atividades físicas que geram calor em excesso.⇒ Calor latente de fusão da águaCalor latente de fusão é a quantidade de calor necessária para transformar um grama de umasubstância em estado sólido para o estado líquido, na temperatura de fusão. A água tem elevado calor latentede fusão (79,7 cal/g). Para se solidificar, isto é, tornar-se gelo, ela precisa liberar muito calor, o que requerexposição a temperaturas inferiores a 0°C por tempo prolongado. O alto calor de fusão da água protege osorganismos vivos dos efeitos danosos do congelamento; se a água de suas células congelasse facilmente, osseres vivos morreriam devido aos cristais formados dentro delas, que causariam danos às membranascelulares.Hoje é comum congelar células vivas e conservá-las em nitrogênio (N2) líquido a uma temperatura decerca de −196°, como se faz com embriões humanos antes de serem implantados no útero materno, nosprocessos de reprodução assistida. Nesses casos, as células são tratadas previamente com substânciasquímicas que impedem a formação de cristais de gelo e congeladas seguindo um método especial.6. Diagrama de fases da águaPara 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 estadosólido, líquido ou gasoso.EXERCÍCIOS01. A água é a substância mais abundante na constituição dos mamíferos. É encontrada nos compartimentosextracelulares (líquido intersticial), intracelulares (no citoplasma) e transcelulares (dentro de órgãos como abexiga 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 gruposfosfatos 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 químicasocorrem 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 porseu papel fundamental em moldar nosso planeta e a evolução da vida. Para mim, o fascinante é quepropriedades tão ricas possam surgir de uma estrutura tão simples. Além do mais, não é apenas a riqueza dasimplicidade da água que é tão inspiradora, pois a sutileza de suas propriedades também me traz grandesatisfação. Que suas propriedades incomuns sejam essenciais para o surgimento e manutenção da vida é umadimensão a mais, a ser acrescentada ao prazer de se contemplar a água.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc8
  9. 9. Em relação às considerações do texto e aos aspectos físicos, químicos e biológicos do ciclo da água, pode-seafirmar 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 àsinterações moleculares tipo ligação de hidrogênio.(04) a perda de água sob a forma gasosa, comum aos seres vivos, integra os processos que sustentam o cicloda 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 papelfundamental 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 suascélulas.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc9
  10. 10. Em relação às considerações do texto e aos aspectos físicos, químicos e biológicos do ciclo da água, pode-seafirmar 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 àsinterações moleculares tipo ligação de hidrogênio.(04) a perda de água sob a forma gasosa, comum aos seres vivos, integra os processos que sustentam o cicloda 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 papelfundamental 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 suascélulas.resumoteorico-130504113337-phpapp01.doc9

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