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PAUTA.
BIOLOGIA
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A água, sem dúvidas, é um dos fatores mais importantes para o mantimento da vida como conhecemos na Terra, mas o nosso planeta não é o único que possui água. Chamamos a Terra de “Planeta Água” porque cerca de ¾ da sua superfície é coberta por esta substância na forma líquida, mas o que antes acreditávamos como sendo um fator que diferenciava nosso planeta dos outros, já foi revisto por descobertas recentes. Antes, acreditávamos que morávamos no único planeta que possui água, mas ela é encontrada tanto em planetas e corpos celestes dentro, quanto fora do nosso sistema solar. Em dezembro de 2015, através de métodos complexos de inferência e comprovação, descobrimos que a água líquida confirmada no Sistema Solar (exceto a Terra) é de 25 a 50 vezes o volume de água da Terra. Como a maior porção do universo além do Sistema Solar é desconhecido, seria inútil inferir o mesmo para essa região. Entretanto, o planeta recentemente descoberto 'OGLE-2016-BLG-1195Lb', que foi batizado como irmão-gêmeo da Terra, possui bastante água, apesar dela estar inteiramente congelada. No nosso sistema solar, encontramos fortes evidências da presença de água água em duas luas de júpiter (Ganímedes e Europa), duas luas de Saturno (Encélado e Titã) e em planetas como Marte, Urano e Netuno e nos planetas-anões Plutão e Ceres. Algumas dessas evidências apontam para existência pretérita de água líquida e outras, pra existência atual, nos levando a especular, em nível científico mesmo, a possibilidade de vida fora da Terra. Em Marte, já foram detectados alguns pequenos lagos sazonais e supostos leitos de rios e oceanos pretéritos. A Terra ainda é o único planeta conhecido que possui água nos três estados da matéria.
Terra: O Planeta água tem companhia
Possível leito de rio em Marte. Foto da sonda Mars Express
Como a água chegou na Terra?
Ao observar essa imensa quantidade de água no nosso planeta pode vir o questionamento: como ela veio parar aqui? A primeira coisa importante é que, mais do que ter tido contato com a água ao longo de toda sua história, foi crucial ter tido a possibilidade de mantê-la na sua superfície ou atmosfera. Isso está muito ligado a distância da Terra para o Sol. Ela é perto suficiente para manter as temperaturas dentro de uma faixa viável para as moléculas orgânicas existirem e longe suficiente para que a água se mantenha em estado líquido (o que ocorre dentro da faixa de 0ºC a 100ºC). A idade da Terra gira em torno de 4,6 bilhões de anos ,só pra te localizar numa linha do tempo da história do universo aqui.
A Terra não poderia ter se condensado a partir do disco protoplanetário com seus oceanos atuais de água, porque o sistema solar interno inicial era quente demais para a água passar para o estado líquido. Então estamos falando de momentos mais posteriores da formação da Terra aqui, onde a ideia mais provável é que a água e outros compostos tenham sido 'entregues' à Terra a partir do Sistema Solar externo. Bombardeamentos de asteróides e cometas eram relativamente comuns em épocas mais iniciais da formação dos planetas (foi em uma dessas que a nossa lua e os anéis de saturno surgiram, inclusive). Recentemente foi descoberto um asteroide coberto de gelo, batizado de 24 Themis. Estudo mais profundos descobriram também a presença de compostos orgânicos, o que deu mais bojo à hipótese de que tanto moléculas orgânicas quanto a água têm origem extraterrestre, ou seja, existem fora da Terra e que, na verdade, a peculiaridade do nosso planeta são as condições ambientais mais propícias à vida como conhecemos. Resumindo a premissa: entende-se que muito provavelmente tanto água quanto alguns compostos orgânicos tais como aminoácidos tenham sido trazidos à Terra por asteróides nos momentos que sucederam sua formação. Isso não significa que essa tenha sido a única fonte desses compostos para a Terra, mas que tenha sido a principal delas. Como disse no início, parte da capacidade da Terra de manter essa água na forma líquida na sua superfície se dá pela sua distância do Sol. Existe, no nosso Sistema Solar, um região limítrofe onde só encontramos água na superfície, na forma de gelo. Essa região é conhecida como linha de geada (ou linha de neve) e está localizado no cinturão de asteroides moderno, entre cerca de 2,7 e 3,1 unidades astronômicas (AU) do Sol. Portanto, o mais provável é que objetos formados além da linha de geada - como cometas, objetos trans-netunianos e meteoroides ricos em água (protoplanetas) - tenham entregado água à Terra através de colisões com o nosso planeta.
Você já parou para pensar no que aconteceria com o nível dos oceanos se toda água congelada derretesse? Confira a projeção científica baseada nos respectivos volumes, no vídeo acima.
Na seção de Origem da Vida vemos que a presença da água na Terra auxiliou tanto no resfriamento da crosta quanto compôs um ambiente mais propício para o desenvolvimento das primeiras formas de vida. Entretanto, a participação mais importante da água para o início da vida foi, sem dúvida, o fato de ela ter feito o papel de 'balão de ensaio' para união de moléculas precursoras da vida. Ou seja, a água não só propiciou condições ambientais mais amenas como foi, propriamente dito, o ambiente onde a vida pôde começar e prosperar. Isso por que, em meio aquático moléculas ficam em suspensão e podem se chocar, gerando reações químicas que possibilitam as mais variadas combinações entre si.
Antes do ambiente terrestre ser colonizado por plantas e animais, o ambiente aquático já possuía diversas espécies diferentes de microrganismos, plantas e animais vertebrados e invertebrados. Então, de muitas formas, para nós, um planeta ter água indica que ele potencialmente possui vida nas formas que conhecemos. Na Terra, temos água nos mares, em aquíferos subterrâneos, congelada nas geleiras, gasosa na umidade do ar e dentro dos seres vivos. Hoje, quando olhamos para uma espécie animal como a nossa, por exemplo, vemos organismos que são constituídos de 60% a 80% por água (dependendo da idade do indivíduo). Não é como se fôssemos um reservatório de água simplesmente, mas ela desempenha papéis importantes, uma vez que é o principal componente de quase todos os fluidos corporais (sangue, citoplasma, suor, etc). Nesse sentido, a água confere fluidez aos meios corporais, atuando como meio de transporte de substâncias, meio de troca, manutenção da temperatura e integridade de muitas estruturas no corpo.
A importância de se encontrar água em outros planetas
Explorando melhor a possibilidade de vida extraterrestre
Considerando que isso pode ter ressoado na sua cabeça ao ler as informações acima, vamos falar um pouco sobre o que, exatamente, a ciência especula sobre isso. Claro, esse é um site sobre conhecimento científico acerca da Biologia. Por isso, não somos adeptos de conspiracionismos e ufologia por aqui. Primeiro, devemos relatar que nenhuma forma de vida foi encontrada até então em copos celestes extra-terrestres. Isso é um fato. Só que isso não nos leva a poder afirmar que isso jamais acontecerá pois, como vimos até agora, certamente existem condições para vida ocorrer em outros lugares do cosmo. As projeções científicas se limitam, portanto, a tentar prever que tipos de organismos poderiam ser encontrados dadas condições de determinados locais no universo.
Uma primeira possibilidade de investigação é através de organismos extremófilos. Como o nome sugere, os organismos extremófilos são aqueles capazes de prosperar (o que é diferente de simplesmente suportar ou sobreviver) em condições extremas, que são inabitáveis para outras formas de vida como gelo, na água fervente, ácido, na água do núcleo de reatores nucleares, nos cristais de sal, em resíduos tóxicos, etc. Vale ressaltar que a compreensão do que é extremo é antropocêntrico, fornecendo um referencial humano para o que é considerado extremo. Os extremófilos incluem representantes dos três domínios (Bacteria, Archea e Eukarya); no entanto, a maioria são microrganismos, e uma alta proporção deles são arqueobactérias. Na medida que expandimos nosso conhecimento acerca de habitats extremófilos, expandimos também o número e os tipos de locais extraterrestres que podem ser direcionados à exploração para encontrar organismos vivos. Isso partindo da premissa de que, se já é documentada a existência de organismos vivos nessas condições aqui na Terra, existe a possibilidade de encontrar algo semelhante fora dela. Além disso, estudos biológicos contemporâneos nos dão uma visão mais precisa da capacidade dos microorganismos de sobreviver em meteoritos e durante períodos de extinção global. Abaixo deixo o artigo original para quem desejar aprofundar mais essa compreensão.
Se existe uma concordância no meio científico sobre esse tema é que, caso encontremos vida extra-terrestre em algum corpo celeste, o mais provável é que ela seja semelhante à bactérias e organismos mais simples que vemos na Terra. Pensando nisso, uma outra linha que se prepara para identificar esses organismos diante dessa possibilidade é aquela que estuda fósseis bacterianos (sim, bactérias e outros microrganismos deixam marcas fósseis). O artigo que eu relaciono abaixo é como um guia que estabelece critérios confiáveis para a identificação da vida potencial de fósseis em materiais extraterrestres através de características fossilizáveis das bactérias, como tamanho, forma, textura da parede celular, associação e formação de colônias. Ali eles também apresentam uma visão geral do maneiras pelas quais as bactérias fósseis são preservadas e abordam o problema de confundir bactérias substituídas mineralmente por estruturas não biológicas com morfologia bacteriana.
Talvez os filmes de ficção científica tenham criado expectativas diferentes em relação ao que podemos encontrar vivo no universo afora, mas a verdade é que o mundo científico no ramo da astrobiologia encara isso como uma possibilidade realmente séria e têm se preparado para compreendê-la e identificá-la quando/se ocorrer. Entretanto, suas expectativas são sempre relacionadas à formas simples, por conta das condições possíveis fora da Terra. A vida já não depende de temperatura agradável, presença de oxigênio ou ausência de altos níveis de radioatividade aqui na Terra. Por que, então, não pode existir foda dela?
Características químicas da Água
Agora que já entendemos um pouco como a água está distribuída no Universo, sua origem na Terra e a sua importância para a origem da vida, vamos estudar um pouco sobre algumas das suas propriedades químicas enquanto molécula. A primeira delas, importante para compreender sua importância é a sua polaridade, base de uma das suas principais características: a de solvente universal.
A molécula água possui a seguinte fórmula química: H2O, isto é, dois átomos de Hidrogênio ligados covalentemente a um átomo de Oxigênio. Isso você já deve saber antes mesmo de entender o que é, de fato, uma ligação covalente. Essa ligação ser chamada de covalente diz respeito ao tipo de interação intramolecular, ou seja, o tipo de força que mantém os átomos de hidrogênio e oxigênio presos uns aos outros. Essa força consiste no compartilhamento de elétrons entre os átomos, para suprir a tendência de que suas camadas de valência adquiram uma conformação mais estável, de gás nobre, que são inertes (ou seja, pouco reativos). Esta conformação normalmente é de 8 elétrons na camada de valência, conhecida como 'regra do octeto'. O hidrogênio (H), uma das 'exceções' a essa regra, atinge a configuração mais estável com 2 elétrons, ao invés de 8. Essa 'exceção' é baseada na conformação eletrônica do Hélio, que é um gás nobre, mas possui 2 elétrons na camada de valência (C.V).
Desta forma, o Hidrogênio, que possui um elétron na CV, se estabiliza compartilhando um elétron com outro átomo. Já o Oxigênio (O) possui 6 elétrons na sua camada de valência, necessitando de dois elétrons para completar seu octeto. O que ocorre na molécula de água, portanto, é o compartilhamento de elétrons entre dois hidrogênios e um oxigênio, satisfazendo todos os átomos e gerando uma molécula bem estável. O ponto mais importante de perceber em relação à ligação covalente é que um elétron compartilhado entre dois átomos orbita nas eletrosferas dos dois, contando como "um elétron" para ambos, como na foto abaixo.
Quando você distribui todos os elétrons de determinado átomo pelas suas camadas da eletrosfera, fica fácil de observar qual a última camada que possui elétrons. A esta, vamos o nome de camada de valência. Observe, na primeira camada cabem, no máximo 2 elétrons. Então, o Oxigênio vai possuir duas camadas eletrônicas para acomodar seus 8 elétrons: 2 deles serão acomodados na primeira camada e 6 na segunda, que será a camada de valência. Assim, para completar 8 elétrons na camada de valência e adquirir um caráter mais estável, o átomo de oxigênio faz duas ligações covalentes. O mesmo raciocínio pode ser implementado para qualquer átomo que se deseje saber 'quantas ligações faz'.
Aqui, a gente começa a entender a polaridade da molécula. A polaridade depende de alguns fatores, dentre eles, a geometria molecular (como os átomos se arranjam espacialmente na molécula) e da diferença de eletronegatividade entre os átomos. A eletronegatividade é uma propriedade atômica que diz respeito justamente à força atrativa que um átomo possui sobre elétrons de uma ligação química. Então, já que a covalência é o compartilhamento de elétrons, que orbitam em duas eletrosferas, se existir uma diferença de eletronegatividade entre os dois átomos da ligação, um elétron que, a priori, seria 'igualmente compartilhado' acaba sendo mais atraído pelo átomo mais eletronegativo e ficando mais próximo dessa eletrosfera do que da outra. Se o elétron é uma partícula de carga negativa, a maior presença dele em torno de um átomo em relação ao outro acaba gerando uma carga parcial na molécula. Essas, chamamos de moléculas polares, que é o caso da água.
Vamos continuar no exemplo da água: a eletronegatividade do Hidrogênio é de 2,2, ao passo que do Oxigênio é 3,44. Assim, a força de atração do núcleo do Oxigênio sobre os elétrons que orbitam na sua eletrosfera é maior do que a do Hidrogênio. Assim, esperamos que os elétrons compartilhados na ligação covalente orbitem de forma desigual entre os átomos H e O. Então, a região da molécula de água que contém o Oxigênio fica com carga parcial negativa (em vermelho, na imagem), enquanto as regiões onde os Hidrogênios estão, ficam com carga parcial positiva (em azul, na imagem).
O importante de se observar em relação ao fato da água ser polar é que solventes polares dissolvem solutos polares e solventes apolares dissolvem solutos apolares. E é exatamente por isso que a água é considerada um Solvente "Universal": não é que necessariamente ela seja capaz de dissolver todas as substâncias existentes, mas que, de fato, uma quantidade imensa de substâncias químicas que compõem seres vivos e estão presentes na natureza são polares (íons, alguns gases, proteínas, carboidratos, vitaminas, etc). As biomoléculas polares se dissolvem facilmente em água porque elas podem substituir interações entre as moléculas de água (água-água) por interações energeticamente mais favoráveis entre a água e o soluto (água-soluto). O conceito de dissolução vai por aí, aliás. Em contrapartida, as biomoléculas apolares são muito pouco solúveis em água porque elas interferem nas interações do tipo água-água, mas são incapazes de formar interações do tipo água-soluto. Em soluções aquosas, moléculas apolares tendem a formar agregados (já viu como umas gotas de óleo se comportam quando imersos em água?).
Se lembrarmos que a água participa (como meio ou reagente/produto) da grande maioria das reações químicas do corpo, conseguimos compreender mais facilmente porque tecidos e órgãos metabolicamente mais ativos contém uma quantidade maior de água. Observe ao lado a porcentagem de água nos órgãos metabolicamente mais ativos do corpo: coração, pulmões, fígado e cérebro. Compare com os ossos, cujo metabolismo é bem mais baixo.
A quantidade de água pode variar tanto em relação aos diferentes órgãos e tecidos de um mesmo indivíduo (imagem 1) quanto em relação à idade desse indivíduo (imagem acima).
Claro que a quantidade de água também é relacionada com um tipo de flexibilidade de determinada estrutura. Um neném consegue muito mais facilmente levar o pé à boca do que um senhor idoso. Além disso, as articulações são muito mais flexíveis e maleáveis do que os ossos, cujas fraturas são relativamente comuns entre as pessoas, de uma forma geral.
Coesão, Tensão Superficial e Capilaridade
Para compreender esses fenômenos, vamos ter que falar de como a água interage com outras moléculas de água (interações intermoleculares). Por definição, as ligações de hidrogênio são aquelas entre hidrogênios de uma molécula e átomos altamente eletronegativos (como Flúor, Oxigênio ou Nitrogênio) de outra. O Oxigênio possui seis elétrons na camada L, sua camada de valência. Com isso, ele compartilha dois com os hidrogênios ligantes, para formar o H2O (ligação covalente), e os outros quatro elétrons da camada de valência fazem parte do "orbital não-ligante", isto é, não interagem com nenhum átomo na molécula. Isso faz com que a molécula de água, num sentido químico, tenha um arranjo aproximadamente tetaétrico, uma vez que cada par de elétrons não-ligante do Oxigênio pode interagir com um hidrogênio de uma molécula vizinha por ligação de hidrogênio. Então, uma molécula de água pode interagir com até quatro outras moléculas de água por ligações de hidrogênio. Com duas através dos dois pares de elétrons do orbital não-ligante do oxigênio e com mais duas pela interação de cada um dos dois hidrogênios com oxigênios de outras moléculas de água.
A ligação de hidrogênio é relativamente fraca. Além disso, têm o tempo de vida de 1 a 20 picossegundos (ps). Ou seja, dentro desse tempo, essa ligação é desfeita, mas quando uma ligação de hidrogênio quebra, outra ligação de hidrogênio se forma, em 0,1 ps, com a mesma molécula ou com outra. Isso dá possibilidade da água se comportar como agrupamento oscilante, ou seja, grupos de moléculas onde ligações são desfeitas e refeitas a todo momento. Olha como o negócio é dinâmico. Apesar dessa aparente 'instabilidade', as moléculas de água possuem uma grande coesão graças à soma de todas as ligações de hidrogênio entre elas em um meio. Ou seja, são fortemente unidas entre si, como um todo.
Diferente do que é usual, a água possui uma forma sólida menos densa que a forma líquida, o que intuitivamente já sabemos, claro. Quando adicionamos pedras de gelo em um copo de água, elas boiam. O motivo disso não é tão difícil de entender: lembra que uma molécula de água pode interagir com até 4 outras moléculas de água? Na água líquida, em temperatura ambiente, as moléculas de água estão desorganizadas e em movimento contínuo, assim cada molécula forma ligação de hidrogênio com somente 3,4 outras moléculas, em média. No gelo, por outro lado, cada molécula de água está fixa no espaço e forma ligações de hidrogênio com exatamente quatro outras moléculas, formando uma estrutura de rede regular.
Ou seja, o grau de agitação faz com que a água fique, no todo, menos coesa e sua forma fique mais fluida. Mas o fato de, na forma sólida, ela estar organizada em rede, também chamada de retículo cristalino, é o que faz o gelo ser menos denso que a água líquida, pois as moléculas de água ficam mais distantes umas das outras, como a figura ilustra.
Se você não entendeu, vou explicar melhor. A questão da densidade do gelo ser discretamente menor do que da água líquida se dá justamente por essa quantidade de ligações de hidrogênio estabelecida entre as moléculas de água no meio. Pelo fato de interagirem mais umas com as outras e terem menos mobilidade, pela quantidade de energia, forma-se esse retículo cristalino que, como você pode observar, faz com que as moléculas estejam mais afastadas umas das outras. Por estarem discretamente mais afastadas, o volume ocupado pelo gelo é levemente maior do que aquele ocupado pela mesma massa de água líquida. Por isso as vezes as latinhas estouram quando congeladas no freezer, pois o resfriamento faz essas moléculas de água se organizarem de outra forma, expandindo o volume que ocupam. Se você olhar a fórmula de cálculo da densidade (D = m/V), vai observar que o volume tem uma relação indireta com a densidade. Se mantida massa constante, quanto maior o volume, menor a densidade. O contrário também é verdadeiro. Deu pra sacar?
Essa questão das ligações de hidrogênio também tem a ver com o ponto de fusão e ebulição da água, os maiores dentre os solventes mais comuns. As ligações de hidrogênio são responsáveis pelo ponto de fusão relativamente alto da água, pois muita energia térmica é necessária para quebrar uma proporção suficiente de ligações de hidrogênio de forma a desestabilizar a rede cristalina do gelo. A ligação de hidrogênio também é responsável por outras diferenças vistas nessa tabela, mas não vamos aprofundar no momento.
Você já viu um mosquito ou aranha pousados na água ou aquele famoso "Lagarto Jesus", que anda sobre a água? (Vídeo ao lado). As ligações de hidrogênio têm um efeito especial sobre a superfície dos corpos d'água, chamado do tensão superficial. No interior do líquidos as interações entre as moléculas existem igualmente em todas as direções, o que não ocorre em sua superfície, visto que não temos mais moléculas de água na parte superior e sim o ar. As moléculas da superfície são atraídas para o interior do líquido mais fortemente que em direção ao ar, ocorrendo uma contração espontânea da superfície. Isto é, se levarmos em consideração que as ligações de hidrogênio são a força coesiva entre as moléculas de água, exercendo uma força de atração entre elas, podemos dizer que nas superfícies, para aquelas moléculas que estão no limite entre a água e o ar, existe um vetor de força resultante na direção do interior do líquido, já que não interagem por ligação de hidrogênio com moléculas que estão acima dela. É isso que quero dizer com contração espontânea da superfície: há uma força tensionando as moléculas de superfície para baixo, fazendo com que a superfície da água seja mais difícil de penetrar do que seu interior. Assim, é possível que folhas fiquem repousadas sobre a água e também explica porque o famoso mergulho de barriga ou de costas dói tanto: romper a tensão superficial da água é mais fácil com uma menor área de contato (o que definitivamente é o oposto a mergulhar de barriga ou de costas). O recorde mundial de 'salto mais alto na água' é do brasileiro Laso Schaller, que pulou de quase 60 metros em um lago de 8 metros de profundidade na Suíça. Se quiser ver o vídeo, clique aqui. Se você viu, reparou que logo depois do salto, ele fez o movimento bola de canhão com o corpo, para lidar melhor com a resistência do ar e ganhar mais velocidade. Quando ele estava chegando perto de atingir a água, esticou o corpo para atingi-la com a ponta dos pés e romper a tensão superficial da água do lago.
Mas talvez a consequência mais curiosa e incrível da coesão e adesão (que nada mais é que a afinidade das moléculas de água por outras superfícies ou moléculas também polares) da água seja o efeito da capilaridade. Esse fenômeno físico é o que faz a água se espalhar por entre os poros e fibras do algodão mesmo que você não submerja ele. Para entender o que é capilaridade, experimente encher um copo de água, pegar um pedaço de guardanapo e colocar somente uma ponta em contato com a água, enquanto segura a outra ponta acima do copo. Você verá a água subir e pode instantaneamente pensar que enlouqueceu, pois a água está fazendo um movimento contra a força gravitacional. Na verdade, ela está se espalhando pela estrutura do papel impulsionada pela concentração de água, que sempre está menor nas partes mais superiores que inferiores da coluna de guardanapo. Você também pode usar o princípio da capilaridade para transferir um líquido de um recipiente para outro usando apenas um pano ou guardanapo, como no vídeo a seguir.
E a capilaridade é determinante para o transporte de substâncias dentro das plantas. O sistema de condução de água, conhecido como Xilema, é composto por células mortas que se organizam em feixes desde a raiz até as folhas. A raiz, no caso da água, é o órgão coletor (ou seja, a planta absorve água pela raiz) e essa segue até as folhas, irrigando todo o interior da planta. Esse movimento não se dá pelo batimento de um coração ou nada parecido, mas sim pela transpiração. No momento que a planta abre os estômatos (poros contráteis) das folhas, permite a evaporação de água em direção ao ambiente externo. Por consequência, uma molécula vai "puxando" a outra pela grande força coesiva que existe entre elas, e assim por diante, formando uma grande coluna de água na planta, desde a raiz, impulsionada pela simples evaporação no órgão mais superior dela: as folhas. Acompanhe a dinâmica no vídeo ao lado.
Um resumo das propriedades que vimos até agora. Não se esqueça de ativar a legenda em português!
A tensão superficial pode ser rompida por uma força exercida sobre o líquido, como vimos no vídeo do Manual do Mundo, quando a força do peso da água se tornou maior que a força coesiva destas moléculas. Mas também pode ocorrer por substâncias tensoativas, como é o caso do detergente. Estas substâncias reduzem a tensão superficial da água. Tente refazer o experimento do manual do mundo, só que com água misturada com um pouco de sabão/detergente e observe o que acontece!
Tente em casa
Tente em casa
Pelo princípio da capilaridade, você pode fazer o clássico experimento de tingir rosas. Compre uma rosa branca, corte um pedacinho do fim do talo que provavelmente já está mais velho e coloque ela dentro de um copo de água. Coloque algum corante (pode ser o comestível, que é barato e atóxico) nesta água e observe o que acontecerá dentro de algumas horas.
Calor Específico
Calor Específico é definido como a quantidade de calor necessária para elevar 1g de determinada substância em 1°C. Sabemos que o grau de agitação tem a ver com a união e coesão entre as moléculas também, porque quanto mais agitação, mais energia cinética, e quanto mais energia cinética, mais energia térmica (calor). Como observamos em diversos modelos na natureza, um aumento na agitação das moléculas, provoca progressivamente o rompimento das ligações químicas intermoleculares.
Então, se as moléculas de água têm uma força coesiva muito grande, como explicamos anteriormente, elas precisam de muita energia para mudar de estado físico. Em outras palavras, é necessário muito calor para esquentar a água e mudar seu estado físico. Seu calor específico é cerca de 4.186 J/Kg.K. Para se ter uma noção, o Calor Específico do Ferro é 448 J/Kg.K. Você já foi colocar água em alguma panela de ferro para esquentar? Se sim, pode ter percebido que demora muito mais tempo para a água esquentar do que a panela em si. Você inteligentemente poderia argumentar que isso ocorre pela panela estar em contato direto com o fogo, mas pense: será que se pegarmos essa água já muito quente, que demorou 15 minutos para alcançar a fervura e jogar em uma nova panela de metal que esteja longe do fogo, fria, quanto tempo a panela vai demorar para esquentar por influência da água? Provavelmente questão de 30 a 90 segundos, não é? Teste. Isso ocorre por conta da diferença de calor específico.
Por isso a água tem uma importância tão grande enquanto reguladora de temperatura: quando suamos, eliminamos água e ela recebe o calor proveniente do ambiente e do corpo e demora para aumentar a sua temperatura e evaporar de fato. Por isso, enxugar suor quando está calor não é a escolha mais inteligente se você quiser manter a homeostase corporal, embora seja a coisa que intuitivamente mais fazemos! Em resumo, a água tem uma alta habilidade de resistir a um aumento de temperatura devido a seu alto calor específico.
Isso explica também porque ambientes mais úmidos são mais frescos do que ambientes secos e, dessa forma, podemos pensar em diversas coisas explicadas por essa importante propriedade da água, como o fato da água ser utilizada para esfriar máquinas industriais e automóveis.
O alto calor específico da água está relacionado com a estabilidade de temperatura dos mares e oceanos (você pode comprovar isso entrando na mesma praia de 6 da manhã às 6 da tarde do mesmo dia), o que certamente foi um fator determinante para favorecer o desenvolvimento da vida como conhecemos na Terra.
Imagine que você esteja submetido a um calor extremo, de 46ºC, que tem feito no verão do Rio de Janeiro, por exemplo. É comum que os sistemas troquem energia até alcançar a isotermia, mas, no caso dos seres vivos, que possuem água, eles se tornam mais resistentes ao aumento de temperatura e conseguimos manter nosso corpo de 36,5 a 37°C, mesmo quando o ambiente está a 46°C. Isso ocorre pela quantidade de água que temos no corpo e as nossas estratégias para manter a temperatura, como o suor! Viva o alto calor específico da água, não é mesmo?
Podemos considerar que algo é solúvel quando, por possuir afinidade química (polar ou apolar) com o solvente, consegue ser envolvido pelo mesmo na menor porção possível. O sal de cozinha, por exemplo, que tem fórmula química NaCl, é uma molécula formada por uma ligação iônica de um ânion de Cloro com um cátion de Sódio. Isto é, Cl- e Na+. Já que íons sempre possuem uma carga, são hidrofílicos (isto é, possuem afinidade e podem ser dissolvidos pela água). O que acontece quando o sal é adicionado à água? O NaCl sofre uma dissociação, isto é, os átomos se separam, uma vez que os cátions de Sódio (positivos) são atraídos pelo Oxigênio (região da molécula parcialmente negativa) da água. Forma-se então o que chamamos de camada de solvatação ou cápsula de hidratação tanto em volta do sódio quanto em volta do cloro, que nada mais é que uma quantidade de moléculas de água envolvendo os íons do soluto, impedindo-os de voltar a interagir um com o outro ionicamente. A partir de então, consideramos o sal dissolvido na água. Veja o processo no vídeo ao lado.
Solubilidade e Camada de Solvatação
Essa é uma propriedade importantíssima para a água enquanto meio biológico, capaz de dissolver os compostos iônicos e polares. A água é o principal componente do suco gástrico, por exemplo, e esta camada de solvatação envolve o bolo alimentar, auxilia na digestão, participando das quebras a partir da água (Hidro = água; lise = quebra).
Qualidade e Tratamento da Água
Do pressuposto químico, a qualidade da água tem relação com diversas propriedades e o tratamento de água é feito em muitas fases, que vocês podem estudar de forma mais aprofundada quando o/a professor/a estiver lecionando sobre Métodos de Separação de Misturas. Resumidamente, consiste em (i) coagulação - onde são adicionados à água sulfato de alumínio e cal hidratada, com o objetivo de coagular a sujeira, para que ela possa ser eliminada; (ii) floculação - onde a água é agitada para flocular a sujeira; (iii) decantação - onde a água é deixada parada até toda sujeira precipitar no fundo do recipiente, se separando da água; (iv) filtração - onde as impurezas ficarão retidas num filtro de areia e antracito; (v) cloração - onde é adicionado cloro à água, descontaminando-a; e (vi) fluoretação - onde é adicionado flúor para evitar cáries. Um tipo de biofortificação. Do ponto de vista biológico, a má qualidade da água é definida pela presença de patógenos (agentes causadores de doenças).
Nesse ponto devemos colocar muita atenção principalmente à concentração geopolítica dessas doenças e as prevenções e cuidados em relação a estes patógenos que podemos ter. Muitas das verminoses são conhecidas como doenças negligenciadas, pois ocorrem predominantemente em países ou regiões subdesenvolvidas ou em desenvolvimento. Existem ainda doenças negligenciadas que possuem a água como componente crucial no seu desenvolvimento, como é o caso da dengue. Ao lado podemos ver um esquema elaborado pela Organização Mundial da Saúde sobre áreas do planeta vulneráveis à doença. Além de serem tropicais, o que será que existe de comum entre os países coloridos no esquema?
Crise Hídrica?
Todos temos alguma noção sobre o Ciclo da Água, o qual aprendemos ainda no Ensino Fundamental. As nuances importantes de estudarmos com mais profundidade são os desequilíbrios provocados no ciclo, que podem gerar escassez, deslocamento e alteração do regime de chuva e desertificações. O vídeo ao lado relembra o ciclo e, assim, podemos pontuar em qual momento ocorre cada desequilíbrio. Acompanhe.
Evaporação da água: como o vídeo confirma, a água que evapora para a atmosfera é proveniente da transpiração de animais e plantas também. Nesse ponto, temos como principal desequilíbrio o desmatamento das florestas, que são as principais responsáveis pela origem e manutenção dos Rios Voadores. Deixei alguns links ao final do quadro para você conhecer mais desse tema importantíssimo e perceber a evidente relação entre as crises hídricas do sudeste e o desmatamento da Amazônia! Além disso, deixo um link explicando a questão da Amazônia não ser o "pulmão do mundo".
Na infiltração da água de volta para o solo: esse importante processo tem como consequência o reabastecimento dos aquíferos subterrâneos e irrigação das camadas de solo, que possuem microrganismos decompositores importantes para a ciclagem de nutriente. Entretanto, nas concentrações urbanas a regra é o solo concretado, que é impermeável à água, se tornando um problema central e sério. Isso gera uma série de problemas provenientes da redução da infiltração, como: contaminação da água por metais pesados e resíduos como lixo, graxa, óleos (comuns em autoestradas), etc e alagamentos e propagação de doenças transmitidas pela água. Vale lembrar que as camadas do solo até chegar aos aquíferos promovem uma filtração na água.
Uso e tratamento da água: nós, seres humanos, captamos e canalizamos a água para uso agroindustrial e doméstico. Daí, temos os usos mais diversos, desde irrigação até dispensa de fezes e urina. O ideal é que esta água seja tratada, mas sabemos que em muitos casos tanto lixo quanto esgoto são jogados diretamente em rios e mares antes de receberem tal tratamento. Isso provoca mudanças de composição química da água, alterando fatores como pH, concentração de microrganismo e substâncias malfeitoras aos organismos vivos; isso acarreta em prejuízos às condições de vida local e alteração das propriedades físico-químicas da água. Afinal, quimicamente, o ponto de ebulição de uma mistura é diferente do que de uma substância simples. Essa é uma das alterações mais graves do ciclo da água, visto que a água que chove em um rio poluído passa a ser poluída também e torna a água doce e potável em uma água inutilizável para a maioria dos seres vivos.
Qual você marcaria?
