PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA

(enfoque Ecológico)

A água no estado de pureza absoluta é inexistente na natureza. Graças a uma extraordinária capacidade de dissolver espécies químicas sólidas, líquidas e gasosas, as águas naturais são, na verdade, soluções de uma infinidade de solutos minerais ou orgânicos em concentrações variáveis, dependendo da composição do solo, do ar, ou do meio em geral que percorrem ou em que estacionam.

Como composto químico, a água apresenta características singulares e propriedades que a distinguem de todas as outras substâncias. A sua própria ocorrência em estado líquido, às pressões e temperaturas normais na superfície da terra constitui uma anomalia em relação a outros compostos existentes.

É suficiente lembrar que, além da água somente o mercúrio (Hg) entre os minerais apresenta essa característica, sendo que este é de ocorrência extremamente rara em relação à água. O petróleo, de origem orgânica, vem a constituir o terceiro e último dos componentes líquidos da superfície terrestre.

A molécula de água é classicamente conhecida como sendo constituída de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio unidos por ligação covalente. Todavia, a configuração angular dos três átomos — um de oxigênio, ladeado por dois de hidrogênio — é determinante em muitas das propriedades físico-químicas que a caracterizam.

l — PROPRIEDADES FÍSICAS

1.1 — Ponto de Ebulição

Comparando a água a uma série de outras substâncias de estrutura química similar (certos hidretos H2S, H2Se, H2Te e também NH3, CH4) verifica-se que somente a água não apresenta proporcionalidade direta entre a temperatura de ebulição e a sua massa molecular.

Ao nível do mar a água entra em ebulição a 100"C passando ao estado de vapor. Se a água não constituísse exceção à regra e, por interpelação se procurasse determinar de modo teórico o seu ponto de ebulição, este estaria situado a —80C,

1.2 — Densidade ou massa específica

Outra característica da água, de fundamental importância, mormente para estudos de Limnologia (parte da Biologia que estuda a água doce e seus organismos, principalmente do ponto de vista ecológico) , diz respeito ao seu volume mínimo e máxima densidade à temperaturas próximas de 4^oC.

A água contrariando a teoria cinética dos líquidos que admite uma proporcionalidade entre pressão, volume e temperatura, pressupondo uma estrutura molecular esférica, deve pelo menos, em temperaturas ao redor de 4^oC, apresentar estrutura tetraédrica diversa da prevista para os líquidos em geral.

O fato de que a água no estado gasoso apresenta molécula formada pelos 3 átomos dispostos de modo a formar um ângulo de 104,5^o e as distâncias O-H de 0,096 nm , disposição essa que confere uma polarização da molécula.

Esse dipolo permanente consideravelmente alto, torna a água um ótimo solvente para muitos compostos iônicos e a compostos que dissocia em íons.

De um certo modo, o gelo se apresenta então como uma estrutura aberta, contendo muitos buracos. Ao se fundir algumas das chamadas pontes de Hidrogênio se rompem quebrando a estrutura e aumentando a densidade.

É interessante notar que, de modo quase que excepcional, na temperatura de 3,98^o C a água no estado líquido apresenta densidade máxima.

Deve-se notar ainda, que a densidade aumenta de 0,99987 quando a zero grau para 1,00000 na temperatura de 3,98 ^oC decrescendo gradualmente até 0,95840 ao chegar aos 100 ^oC de temperatura.

O gelo ao se fundir na temperatura de O^o C tem apenas parcialmente rompidas as pontes de hidrogênio de baixa densidade. Enquanto a temperatura se eleva, mais pontes de hidrogênio vão sendo quebradas e as moléculas vão se orientando de modo a formar arranjos que se aproximam a um conjunto de esferas.

Inicialmente então, a densidade da água aumenta acompanhando o aumento da temperatura. Porém, quando a 3,98^oC o rompimento da estrutura não mais acompanha o aumento da temperatura o que não é suficiente para compensar o coeficiente de volume positivo que é causado pelo aumento de energia térmica das moléculas. Assim, em temperaturas mais elevadas a densidade decresce quanto mais aquela é au­mentada.

Na água líquida, mesmo a 100^o C muitas pontes de hidrogênio ainda permanecem o que pode ser evidenciado pela alta entropia de vaporização.

O fato de ter densidade máxima ao redor de 4^oC, traz várias conseqüências. A água no estado sólido por exemplo, é mais leve que a água no estado líquido. O gelo tendo densidade mais baixa, na natureza, acumula-se na superfície dos rios, lagos e oceanos.

Se ocorresse o inverso, o gelo no fundo dos rios, não existiria mais água no estado líquido na natureza pois as radiações luminosas e caloríficas têm pouco poder de penetração na água. Na verdade, ao se aproximar a primavera e o verão, o gelo da superfície se funde e, aumentando sua densidade, vai ao fundo, provocando turbulência na massa d'água. Esses fatos têm capital importância na localização relativa das camadas de água com temperaturas diferentes, condicionando principalmente em climas temperados zonas de estratificação térmica.

Quanto à densidade, convém ressaltar ainda, que as maiores variações se dão mais em altas tem­ peraturas do que baixas. Assim entre 24^oC e 25°C, observa-se uma variação de densidade trinta vezes maior que entre 4^o e 5°C.

1.3 — Peso Específico

Outra característica importante para a Ecologia é o peso específico da água. Peculiarmente seu peso específico é 775 vezes maior que o do ar. Esse fato é fundamental especialmente para os vegetais aquáticos que, por serem sustentados pelo meio, deixam de necessitar estruturas resistentes como aquelas encontradas em vegetais que vivem no meio aéreo.

Acontece o mesmo com os animais, permitindo que algumas formas mesmo destituídas de estruturas muito rígidas, possam atingir proporções muito maiores que as terrestres. Nesse caso o próprio meio sustenta o animal como acontece com baleias e certos caranguejos (aranhas do mar) do Pacífico que chegam a atingir 2 m de envergadura.

1.4 — Viscosidade

Em relação à viscosidade ou seja, à resistência que a água oferece ao atrito, é importante lembrar que a distribuição do plancton dela é dependente. Sendo variável com a temperatura, os microrganismos ocupam níveis diferentes de profundidade, de acordo com a temperatura local.

Essa estreita relação viscosidade — temperatura da água faz com que qualquer alteração nesta última, cause movimentos verticais do plancton. Assim, a elevação da temperatura e uma conseqüente diminuição da viscosidade causa a descida dos organismos plantônicos até as camadas mais frias e viscosas de maior densidade específica. A viscosidade da água a 25^oC é de 0,8937 centipoise.

Algumas algas no inverno apresentam prolongamentos como que espinhos e rugosidades menos pronunciados que no verão, compensando assim a variação de viscosidade. Outras através de pro­ cessos fisiológicos (como a produção de oxigênio intracelular) na fotossíntese conseguem variar a densidade.

Certos despejos industriais como águas das colunas barométricas das usinas de açúcar e álcool, termoelétricas, e usinas atômicas podem devido as altas temperaturas causar modificações da viscosidade e provocar precipitação de organismos do plancton.

1.5 — Tensão Superficial

Nessa película de tensão superficial que se forma na interface água-ar (contra o ar e 25°C a tensão superficial é de 71,97 dines/cm) vivem vários animais que caminham sobre ela, outros ficam a ela presos, como a um teto e alguns caminham apoiando-se nela de baixo para cima. As vezes, essa película é rompida ou pela ação da chuva, agitação devido ao vento e mesmo poluentes eliminando assim várias formas de vida.

Certos seres manifestam fenômenos de adaptação relacionados com a existência da película superficial. É o caso de certas aranhas e insetos que vivendo na massa d'água ou sobre ela mas com tipo de respiração aérea possuem certas adaptações que impedem que seu corpo seja molhado. Alguns têm pelos hidrófobos e reservas de óleo.

1.6 — Calor Específico

O meio aquático devido ao grande calor específico da água tem um clima muito mais estável. O ar, portanto, está muito mais sujeito às mudanças bruscas da temperatura.

Na água, para ocorrer alteração de 1^o C de temperatura são necessárias grandes quantidades de calor.

Os organismos aquáticos, que estão pois, adaptados a essa relativa estabilidade térmica, não resistem a mudanças bruscas da temperatura. Mesmo seres como os peixes que são pecilotérmicos (isto é, adaptam seu ritmo metabólico à temperatura ambiente), morrem se as alterações forem bruscas.

fonte: CETESB: Curso Ecologia Aplicada e Proteção do Meio Ambiente - prof. Aristides Almeida Rocha.