Propriedades físicas e químicas da água

ÁGUA

Substancia de molécula composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H20), constituinte fundamental da matéria viva e do meio que a condiciona. Suas propriedades físicas e químicas diferem muito das de qualquer outra substancia. São elas que caracterizam a natureza do mundo em que vivemos. Uma das suas propriedades mais características é a de dissolver numerosas substâncias, formando soluções. Estas possuem interesse inestimável, não somente no que concerne, aos fenômenos vitais, mas também no que se refere aos processos industriais. O próprio mar é uma solução aquosa que contém milhares de substancias dissolvidas, constituindo íons metálicos e não metálicos além de inúmeros complexos minerais e de substancias orgânicas.

Nessa solução desenvolveram-se os primeiros organismos vivos, que nela encontraram os íons de que necessitavam para o crescimento evolução. O ser vivo só conseguiu deixar o meio aquoso quando seu próprio organismo conseguiu formar soluções aquosas sob forma de tecido líquido, sangue, plasma e fluidos intercelulares, contendo os íons e moléculas necessárias.

Os antigos conseguiam decompor a águas e por isso consideravam-na um elemento indivisível e que entrava na composição dos outros corpos. Data de muitos séculos anteriores à nossa era a teoria dos quatro elementos, defendida por Empédocles, Tales de Mileto, no início do Séc. VI A.C., defendeu a idéia de ser a água o elemento primordial, o substrato da diversificação da matéria, porque “o úmido é a fonte da vida, é fertilizante indispensável à germinação”. Muito mais antigo é o mito do “oceano gerador” Aristóteles, no séc. 1 a C., conservou o esquema de Empédocles, associando, no entanto, a cada elemento uma qualidade. A água era associada à úmida.

Em 1776, J. Waltive comprovou que quando se deixava queimar certa chama de hidrogênio em uma atmosfera limitada de ar, formaria uma substância branca densa que “poderia ser vapor d’água”, na mesma época verificou que a chama do hidrogênio não formava fuligem. Colocando um prato de porcelana na direção da chama ficava levemente umedecida.

Em 1781, J. Priesticv, queimando certa quantidade do “gás inflamável" (hidrogênio) em recipiente fechado, contendo ar, verificou que ocorria uma explosão, após a qual as paredes ficavam recobertas de orvalho. Henry Cavendisb refez a experiência procurando estabelecer uma relação quantitativa entre o hidrogênio queimado e o orvalho produzido. Observou que ao formar o orvalho o oxigênio integrante do ar era consumido. Verificou também que a relação entre o peso de hidrogênio queimado e o do oxigênio consumido era de dois para um. Provou ainda que o orvalho era constituído por água pura, o que o autorizou a propor que a água deveria ser um composto desses dois elementos e na proporção acima. Essas experiências todas tratam de obter a água por meio de uma síntese, a partir de seus prováveis componentes.

Os aparelhos modernos em que se realiza a síntese da água chamam-se eudiômetros, havendo vários tipos. Os que se destinam a decompor a água denominam-se voltâmetros e devem funcionar com corrente elétrica contínua ou retificada.

A água possui características bastante singulares e suas propriedades têm sido usadas para definir inúmeras unidades físicas. Quando, no fim do séc. XIII foi escolhida nova unidade de massa, a comissão de cientistas encarregada dos trabalhos definiu o quilograma - massa (ou resumidamente quilograma), como sendo a massa de um decímetro cúbico de água pura a 4oC. Esta definição de quilograma, porém, ficou em desacordo com o quilograma padrão, sendo por isso abandonada; a relação pode ser usada apenas como valor aproximado.

A temperatura de fusão da água foi escolhida como referência para construção da escala centesimal de temperaturas, introduzidas por Anders Celsius que lhe atribuiu o valor 100oC. Lineu posteriormente inverteu os valores, fixando que essa temperatura seria o grau zero da escala.

A temperatura de ebulição da água pura foi também indicada por Celsius como referência e depois da inversão passou a designar os 100oC da escala.

A densidade da água a 4oC foi ainda tomada como unidade de densidade. A grande maioria das substâncias diminui de volume e, por conseqüência, aumenta de densidade à medida que a temperatura diminui. A água apresenta uma singularidade bastante rara: sua dilatação é irregular, apresentando um mínimo de volume, portanto um máximo de densidade quando a temperatura é de 4oC. Por esse motivo o gelo (água sólida) flutua na água líquida. Uma garrafa cheia d'água, devidamente arrolhada e colocada no congelador, parte-se por causa da dilatação da água ao solidificar-se. Esse fato é da máxima importância, pois permite que no inverno o fundo dos rios e lagos dos países frios permanecem com água líquida, enquanto a superfície fica v encoberta por uma camada de gelo. Isso possibilita condição de vida aos peixes e outros seres que vivem nesses rios e lagos.

A água é má condutora do calor e necessita de muitas calorias para aquecer-se (possui calor específico muito alto); também para fundir-se e para vaporizar-se retira grande quantidade de calor das fontes. Esses fatos fazem com que a água funcione como niveladora térmica do meio físico.

A propriedade mais importante da água do ponto de vista químico é o fato de dissolver grande número de substâncias, ou seja, de possuir enorme poder dissolvente. Esse fato é atribuído à sua grande constante dielétrica e à tendência de suas moléculas de combinarem-se a íons, formando íons hidratados. Moderadamente, essas propriedades são explicadas pelo caráter polar de suas moléculas. isto é, as ligações covalentes entre os dois átomos de hidrogênio com o átomo de oxigênio ocorrem de tal modo que o ângulo entre elas é de 105oC, ou seja, a molécula tem a forma triangular. Essa conformação faz com que surjam dois centros de carga, um positivo e outro negativo, separados por certa distância, ou seja, um dipolo elétrico.

A constante dielétrica da água, na temperatura ambiente comum, é 80. Isso significa que duas cargas elétricas iguais e do mesmo nome repelem-se dentro d'água com uma força 80 vezes menor que a repulsão entre elas no ar. Isso é explicado por meio do modelo dipolar: no interior de um campo elétrico as moléculas de água se orientam dirigindo seu centro positivo na direção da porção negativa do campo e seu centro negativo na direção da porção positiva, o que produz uma neutralização de parte