terça-feira, 10 de Fevereiro de 2009

Água - Fonte de vida

A vida neste planeta começou na água e hoje onde quer que haja água, quase sempre há vida. Existem organismos unicelulares que passam a existência inteira apenas com a água que possa aderir a um grão de areia. Algumas espécies de algas são encontradas somente na superfície inferior fundente do gelo polar. Algumas espécies de bactérias e de algas azuis podem resistir à água quase fervente de fontes termais. No deserto, há plantas que percorrem um ciclo de vida inteiro – semente, flor, semente – logo depois da queda de chuva. Na floresta tropical, a água colectada nas folhas de uma planta forma um microcosmos no qual pequenos organismos nascem, crescem, reproduzem-se e morrem.
Três quartos da superfície da Terra estão cobertos por água. A água constitui 50 a 95 por cento do peso de qualquer ser vivo em actividade. Comparada com outros líquidos, a água é bastante extraordinária. Não fora isso, é bem provável que a vida nunca tivesse existido.
A fim de compreender por que a água é tão extraordinária e como desempenha seu papel único e essencial nos seres vivos, teremos que considerar a estrutura da sua molécula. Cada molécula de água é constituída por dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio, unidos por ligações covalentes (ligações formadas pela partilha de um par de electrões). A molécula da água, como um todo, é neutra quanto à carga eléctrica, com igual número de protões e de electrões. Moléculas como a água, possuidoras de zonas negativas e de zonas positivas, são chamadas polares, em analogia com o “ímã”, que tem um pólo positivo e um negativo.
Quando um átomo de hidrogénio, com carga positiva, pertencente a uma molécula de água, se justapõe a um átomo do dotado de carga negativa suficientemente forte, como o átomo de oxigénio de outra molécula de água, a força de atracção forma uma ligação entre eles, ligação conhecida por ponte de hidrogénio. Trata-se de uma ligação relativamente fraca, que prende um átomo de hidrogénio covalente ligado a outro átomo, geralmente oxigénio ou nitrogénio, ao oxigénio ou nitrogénio de outra molécula. Na água, pontes de hidrogénio formam-se entre as partes negativas de uma molécula e água e as partes positivas de outra. Uma molécula de água pode, portanto, estabelecer pontes de hidrogénio com quatro outras. A água líquida é constituída de moléculas ligadas dessa forma. Uma ponte de hidrogénio individual tem duração muitíssimo curta. Tomadas em conjunto, as pontes de hidrogénio têm força considerável e tornam a água fluida e estável, em condições comuns de temperatura e pressão. Na água que goteja de uma torneira, cada gota adere á borda e, por um momento, fica pendurada por um fio de água. Em seguida, assim que o peso da gota parte o filamento, a superfície da mesma fica retesada e inclui a esfera inteira durante a queda. Um material leve à superfície da água, flutua, embora seja mais denso. Durante a primavera, ou no Verão, insectos andam sobre a superfície de uma lagoa, como se fosse sólida. Estes fenómenos resultam da tensão superficial. A tensão superficial resulta da coesão das moléculas da água. O único líquido com maior tensão superficial maior do que a da água é o mercúrio. Os átomos do mercúrio atraem-se tão fortemente que não aderem a qualquer outra coisa. Por causa das suas cargas negativas e positivas, a água adere fortemente a qualquer molécula carregada e a superfícies carregadas. A capacidade de molhar, isto é, a capacidade de revestir uma superfície, depende da sua capacidade de aderir.
É por capilaridade que a água sobe em tubos de diâmetro muito fino, através de um pedaço de papel e pelos microporos do solo, modo pelo qual se torna acessível às raízes das plantas.
A embebição “beber” é o movimento de moléculas de água para dentro de materiais, como a madeira ou a gelatina, que incham ou aumentam de volume por causa da interacção entre eles e as moléculas da água. As sementes embebem-se de água ao germinar e podem atingir volume muitas vezes maior que o original.
A quantidade de calor necessária para que, em certa quantidade de substância, ocorra um determinado aumento de temperatura chama-se calor específico dessa substância. Uma caloria é, por definição, a quantidade de calor que aumentará de 1ºC a temperatura de 1 g (1 ml) de água. O calor específico da água é cerca de duas vezes maior que o calor específico do álcool ou do óleo. É também quatro vezes maior que o calor específico do ar ou do alumínio e nove vezes maior que o do ferro. Para aumentar a temperatura da água é necessário introduzir mais energia do que a requerida, para o mesmo efeito, em outras substâncias. O alto calor específico da água é também consequência das pontes de hidrogénio, assim como o são sua tensão superficial e sua coesão. O calor é uma forma de energia, a energia cinética, ou de movimento , de moléculas. Para que a energia cinética das moléculas da água aumente o bastante para elevar um 1ºC de temperatura, é necessário romper muitas pontes de hidrogénio, que prendem as moléculas às outras. Se colocarmos uma panela de água sobre a chama, mais tempo e portanto mais energia são necessários para esquentar a água do que para esquentar a panela. A razão disso é que a maior parte da energia introduzida na água é gasta em quebrar as pontes de hidrogénio e só resta parte relativamente pequena para aumentar o movimento molecular.
Qual o significado biológico de um alto calor específico? O significado é que, para uma certa velocidade de introdução de energia, a temperatura da água subirá muito mais lentamente que a de quase qualquer outro material. Inversamente, a temperatura cairá mais devagar durante a libertação de calor. Por ser tão grande a quantidade de calor, ganha ou perdida, necessária para elevar ou baixar a temperatura da água, os organismos que habitam os oceanos vivem em ambiente de temperatura mais ou menos constante. Do mesmo modo, por causa do seu alto teor de água, é mais fácil para as plantas e animais terrestres manterem temperatura interna relativamente constante. A importância disso está no facto das reacções biológicas, ocorrerem somente num determinado valor de temperatura.
As pontes de hidrogénio são também responsáveis pelo alto calor de vaporização da água (são necessários 500 calorias para transformar 1g de água líquida em vapor, cinco vezes mais do que para o éter). A vaporização acontece porque as moléculas mais rápidas de um líquido escapam da superfície para o ar. Para que uma molécula de água se desprenda de suas companheiras, isto é, para que se vaporize, as pontes de hidrogénio têm de ser quebradas. Isso requer energia calorífica. Quando a água se evapora, como da superfície da nossa pele ou de uma folha, absorve grande quantidade de calor das redondezas. Assim, a evaporação tem um efeito resfriador. A evaporação a partir da superfície de um animal ou de uma planta terrestre é um dos principais meios desses organismos descarregarem excesso de calor.
Nos sistemas vivos há muitas substâncias em solução. A polaridade das moléculas da água é o factor responsável pela eficácia da água como solvente. As moléculas carregadas da água tendem a separar em seus iões constituintes, moléculas como a do cloreto de sódio. As moléculas da água aglomeram-se à volta dos iões e separam-no. Muitas das pequenas moléculas, importantes nos sistemas vivos, possuem igualmente áreas de carga negativa e positiva e também atraem moléculas da água. Por causa da tendência que a água tem de dissolver outras moléculas e de se aglomerar em volta delas, virtualmente todas as reacções químicas da célula ocorrem em água. Além disso, as moléculas da água participam directamente em muitas dessas reacções.
Na água líquida há ligeira tendência de um átomo de hidrogénio saltar do átomo de oxigénio com o qual está covalente ligado para o átomo de oxigénio com o qual forma ponte de hidrogénio. Nesta reacção formam-se dois iões: o ião hidrónio (H3O+) e o ião hidroxilo (OH). Em qualquer volume de água pura há um número pequeno mas constante de moléculas ionizadas dessa forma. O número é constante porque a tendência da água a ionizar-se é compensada exactamente pela tendência dos iões a reunir-se; assim, ao mesmo tempo que algumas moléculas se ionizam, um número igual de outras formam-se.
Na água pura, o número de iões H+ é exactamente igual ao número de iões OH-. Uma solução adquire as propriedades de um ácido quando o número de iões hidrogénio excede o de iões OH-; inversamente, uma solução é alcalina (básica) quando os iões OH- excedem os iões H+.

Prof. Sílvio Jesus

2 comentários:

  1. Boa tarde.
    Sou uma aluna da disciplina de Biologia e Geologia e agradecia a sua opinião, enquanto professor.
    Como estou a acabar o 11º ano, a minha professora pediu para fazermos um trabalho em que falassemos acerca do contributo do que aprendemos na displina de Biologia/geologia no nosso quotidiano. Se me pudesse ajudar era bastante importante.

    COm os melhores cumprimentos
    Maria Rita Mota
    (mritamota@hotmail.com)

    ResponderEliminar
  2. putz.. to quase certa de que esse artigo originou uma questão do ENEM do ano passado (um tipo de vestibular nacional daqui). Assunto com mesmo enfoque, cobrando a associacao das caracteristicas quimicas da água com suas propriedades vantajosas à manutencão da vida.
    Parabeeeéns! Bárbara Nedel - Brasil

    ResponderEliminar