As características gerais da água

1. AS CARACTERÍSTICAS GERAIS DA ÁGUA:

A água é uma das substâncias mais comuns e mais importantes na superfície da Terra, foi nela que a vida evoluiu na água e é nela que se processam os principais processos bioquímicos (Larcher, 1995). Os tecidos moles das plantas são constituidos em 90% a 95% por água. Apesar de terem de garantir uma percentagem tão elevada de água no seu corpo as plantas não se podem deslocar para a ir buscar. Assim, a compreensão da forma como as plantas a vão obter, distribuir pelos diferentes tecidos do seu corpo e como a conseguem armazenar é um dos aspectos fundamentais da Fisiologia Vegetal.

1.1. A ESTRUTURA MOLECULAR DA ÁGUA:

A importância da água para a vida provém das suas características físicas e químicas que por sua vez resultam da sua estrutura molecular (Kramer & Boyer, 1995).

Quando os dois átomos de hidrogénio e o de oxigénio se combinam para formar água há uma partilha dos electrões de valência, aos pares, entre os átomos de hidrogénio e o do oxigénio (figura 1).

Figura 1: Representação esquemática da estrutura da molécula de água onde se podem observar os pares de electrões compartilhados (sombreados), e os pares isolados do oxigénio (chavetas).

Retirado de Sutcliffe (1968), fig. 2.1, pag. 6

Neste tipo de ligação, conhecida como covalente, cada átomo contribui com um electrão; os dois pares de electrões compartilhados que constituiem a ligação são mantidos juntos por ambos os núcleos. As ligações covalentes são muito fortes, e assim, a molécula de água é extremamente estável.

A distribuição de cargas eléctricas na molécula de água é assimétrica: os electrões não compartilhados do oxigénio encontram-se num lado, enquanto que os dois núcleos dos átomos de hidrogénio se encontram no outro (figura 1). Desta assimetria resulta um lado da molécula carregada negativamente e o outro lado positivamente, formando o que se chama um dípolo (Larcher, 1995).

Como consequência do carácter dipolar da água, o seu lado positivo é atraído por cargas negativas e o seu lado negativo é atraído por cargas positivas. Assim, quando se dissolvem sais em água, aqueles dissociam-se em iões positivos (catiões) e iões negativos (aniões), cada um dos quais se encontra envolvido por uma “concha” de moléculas de água orientadas (figura 2), que são as responsáveis pela separação dos iões em soluções aquosas (Taiz & Zeiger, 1998). A espessura da “concha” depende da intensidade de carga à superfície.

Li+

Na+

(A)

(B)

K+

Rb+

Cs+

Aumento do peso atómico ¾®

Diminuição da densidade de carga ¾®

Aumento do raio do ião ¾®

(C)

Figura 2: A) e B) orientação das moléculas de água em relação a superfícies carregadas; C) dimensões relativas de catiões hidratados, as áreas sombreadas representam a “concha” de moléculas de água que envolve cada ião.

Retirado de Sutcliffe (1968), fig. 2.3, pag. 7

Outra consequência da elevada polaridade da água é a sua capacidade para formar as chamadas pontes de hidrogénio, isto é, ligações entre átomos electro-negativos, como o oxigénio ou o azoto, através dum núcleo de hidrogénio (figura 3). Estas pontes de hidrogénio, ainda que fracas (a sua energia de ligação é pequena, cerca de 20 kJ mol-1, em comparação com a energia da ligação covalente O ¾ H que é de cerca de 450 kJ mol-1 permitem uma certa “estrutura” mesmo na água líquida (Taiz & Zeiger, 1998).

Figura 3: Exemplos de pontes de hidrogénio (linhas ponteadas): a) entre um grupo de átomos AH e outro grupo de átomos B; b) entre duas moléculas de água; c) entre duas moléculas de amónia; d) entre um grupo hidroxilo e uma molécula de água; e) entre um grupo carbonilo e um grupo imino.

Retirado de Noggle e Fritz (1976), fig. 3, pag.379

Para além das pontes de hidrogénio existem ainda as chamadas forças de Van der Waals que são forças de atracção molécular ainda mais fracas que as pontes de hidrogénio, cerca de 4.2 kJ mol –1. Em moléculas neutras, isto é, não polares, estas forças resultam do facto dos electrões estarem permanentemente em movimento, de modo que o centro de cargas negativas nem sempre corresponde ao centro de cargas positivas (Kramer & Boyer, 1995).

As moléculas de água no estado sólido (gelo) encontram-se dispostas simetricamente numa estrutura em que as pontes de hidrogénio formam uma malha. O átomo de oxigénio de cada molécula de água está rodeado de átomos de hidrogénio de outras moléculas numa disposição tetraédrica, de tal modo que os átomos de oxigénio formam anéis de 6 membros. Esta estrutura é chamada aberta porque o espaço dentro de cada anel é suficiente para acomodar outra molécula de água (figura 4). No estado líquido as pontes de hidrogénio quebram-se e formam-se continuamente por rotação