A ÁGUA E SUAS PROPRIEDADES ESTRANHAS

(enfoque Bioquímico)

As células vivas contêm carboidratos, lipídeos, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, nucleotídeos e compostos relacionados em quantidades variáveis. Através dos anos, cada uma dessas classes de compostos tem sido objeto de investigações extensas por parte de bioquímicos que desejam aprender alguma coisa a respeito das suas propriedades químicas e papéis biológicos.

Entretanto, o componente celular mais abundante, que é a água (H2O), não pertence a nenhum dos grupos acima. Mais de 90 por cento do plasma sangüíneo é H2O; o músculo contém cerca de 80 por cento de H2O, e a água constitui mais da metade do peso de outros tecidos animais e vegetais. Esse composto é, portanto, muito comum e importante: no entanto, parece um paradoxo afirmar-se que a água é uma substância possuidora de propriedades estranhas.

Algumas propriedades importantes da água

Muitas das propriedades físicas da água são singularmente diferentes. Considere-se, por exemplo, o grupo de compostos que aparece na Tabela 1, abaixo.. Esses compostos podem ser comparados com a água, seja devido às suas propriedades como solventes, seja porque possuem o mesmo número de elétrons (isoeletrônicos).

Como se pode ver, a água tem o mais alto ponto de ebulição, o mais alto calor específico de vaporização e o mais alto ponto de fusão. Pauling expressou o comportamento anômalo da água de outra maneira, comparando-o com o dos hidretos de outros elementos do Grupo 16 (VI-A) da tabela periódica — H2S, H2Se e H2Te. Quando se faz isso, é de se esperar para H2O um ponto de ebulição de -80°C, em lugar daquele de +100°C que ela possui.

Os altos pontos de ebulição e fusão e os altos calores de vaporização são o resultado de grandes forças intermoleculares que atuam entre moléculas vizinhas de água, estas forças são conhecidas por ligações por pontes de hidrogênio.

TABELA -1

Algumas propriedades físicas da água e de outros compostos

A molécula de água é altamente polarizada, uma vez que os átomos de oxigênio eletronegativos tendem a atrair elétrons do átomo de hidrogênio, deixando uma carga positiva residual cercando o próton. Devido a essa polarização, cada molécula de água em solução tende a ficar rodeada por quatro outras moléculas com átomos de oxigênio negativamente polarizados, ficando atraídos aos prótons carregados positivamente.

Nesse arranjo, um átomo de oxigênio ocupa o centro de um tetraedro formado pelos átomos de oxigênio de quatro outras moléculas de H2O.

A atração entre o átomo de oxigênio em uma molécula e o de hidrogênio na outra é representada como H---O e tem o nome de ponte de hidrogênio ou ligação de hidrogênio. Embora a energia necessária para romper essa interação seja muito menor do que a exigida para quebrar uma ligação covalente do tipo O — H, o efeito aditivo com a ponte de hidrogênio é um fator maior para explicar as propriedades incomuns da água.

Outras propriedades únicas da água tornam-na um meio ideal para os organismos vivos. Assim, o calor específico da água - o número necessário de calorias para aumentar a temperatura de um grama de água de 15 para 16°C - é 1,0, sendo isso algo raro entre os solventes considerados (etanol 0,58; metanol 0,6; acetona 0,53; clorofórmio 0,23; acetato de etila 0,46).

Somente o da amônia líquida é mais alto, 1,12. Quanto mais alto o calor específico de uma substância, menor a variação de temperatura que ocorre quando uma certa quantidade de calor é absorvida por ela. Assim, água é bem adequada para manter relativamente constante a temperatura de um organismo vivo. É também essa propriedade da água que faz dos oceanos um ambiente ideal para a origem da vida e para a evolução das formas primitivas.

O calor latente de vaporização da água, como já foi mencionado, é anormalmente alto. Expresso também como o calor específico da vaporização (calorias absorvidas por grama vaporizado), o valor para a água é 540 no seu ponto de ebulição e mais alto em temperaturas mais baixas. Esse valor alto é muito útil para manter o organismo vivo em temperatura constante, uma vez que grande quantidade de calor pode ser dissipada pela vaporização da água.

O alto calor latente de fusão (80 cal/g comparados com 25 para o etanol, 22 para o metanol, 17 para H2S, 23 para acetona) é também significativo na estabilização do meio biológico. Embora a água celular raramente congele nas formas superiores de vida, o calor libertado no processo é fator importante na redução da queda de temperatura de um corpo de água durante o inverno.

Assim, um grama de H2O deve libertar 80 vezes mais calor no congelamento a 0°C do que no abaixamento de l°C para 0°C pouco antes do congelamento.

Pode-se citar finalmente uma propriedade da água que é de significado biológico. É o fato de que a água passa por densidade máxima a 4°C. Isto é, a água se expande ao solidificar-se e o gelo é menos denso.

Esse fenômeno é muito raro e si a importância biológica há muito foi reconhecida. Se o gelo fosse mais denso do que a água líquida, ele afundaria no recipiente mediante o congelamento. Isso significaria que os oceanos, lagos e rios se congelariam de baixo para cima e, nessas condições, o descongelamento seria extremamente difícil.

Tal situação seria obviamente incompatível com o fato de aquelas massas d'água servirem como habitat para muitos organismos vivos. O que ocorre, entretanto, é a queda da água mais quente ao fundo do lago, enquanto o gelo flutua no topo onde o calor do meio externo pode atingi-lo e derretê-lo.

REVISÃO DE ALGUNS CONCEITOS

Os átomos são mantidos juntos por meio de uma ligação química que restringe os seus movimentos na molécula. Essa restrição fixa a distância entre átomos.

A ligação química é usualmente representada por um traço ( — ); um único traço indica um par de elétrons atraídos pela carga positiva dos núcleos de dois átomos semelhantes. A atração é igual quando os átomos também o são (C: C), e diferente quando os átomos são diversos (C: O).

Se a atração é desigual, os átomos adquirem uma carga fracionária, positiva ou negativa, dependendo da direção da atração dos elétrons pelos átomos diferentes. Uma determinante importante é a eletronegatividade de um átomo. Trata-se de um termo introduzido por Linus Pauling para descrever empiricamente a atração relativa de elétrons por um átomo.

Como regra geral, a afinidade de um átomo por elétrons em uma seqüência dada da Tabela Periódica aumenta da esquerda para a direita porque a carga nu clear crescente do átomo exerce uma atração maior nos elétrons de valência que giram em volta do núcleo.

Assim, o flúor exibe a atração maior, enquanto o oxigênio. o nitrogênio e o carbono exercem atrações decrescentes, na ordem dada. Além disso, a afinidade por elétrons diminui de cima para baixo em um grupo dado da tabela periódica.

Embora nesse caso aumente a carga nuclear, o número maior de camadas eletrônicas protege efetivamente aquela da capa de elétrons de valência. Por isso a eletronegatividade do flúor é máxima, enquanto diminui a do cloro, do bromo e do iodo.

O efeito eletronegativo no ácido fluorídrico gasoso pode ser representado assim:

(residual de carga + ) H — F (residual de carga -)

o que quer dizer que na nuvem eletrônica de ligação os elétrons estão mais concentrados em volta do F do que do H, pelas razões mencionadas. Essa ligação elètricamente assimétrica é chamada ligação covalente polarizada.

Uma molécula intensamente polar tende a se dissolver nos solventes polares como a água, por exemplo.

fonte: Manual de Bioquímica Conn/Stumpf