Quimica 1 - Água.

ÁGUA

ÁGUA NO PLANETA TERRA

A água é encontrada em toda parte: nos mares, nos rios, nos lagos, nas nuvens, nos lençóis subterrâneos, no ar, nos animais, nas plantas, no ser humano. A água é indispensável para a vida.

Hidrosfera                            

No nosso planeta, há na superfície da crosta terrestre, uma camada enorme que está coberta de água. Chamamos esta camada de hidrosfera, ou seja, a esfera de água. A água cobre cerca de três quartos da crosta terrestre ou aproximadamente 71% da superfície.

ESTADOS FÍSICOS DA ÁGUA

A água encontra-se sempre em um destes estados físicos: líquido, sólido ou gasoso.

A água no estado líquido é encontrada em mares, oceanos, lagos, rios, fontes e nos seres vivos. A água que bebemos é obtida através dos rios, poços ou fontes (que vem dos lençóis freáticos ou subterrâneos).
A maior parte do corpo dos animais é formada por água. Por exemplo, no homem, a água corresponde a 70% do seu peso. Nas frutas, a quantidade de água também é grande.

A água no estado sólido é o gelo. Na natureza, encontramos em diversas formas como neve, nuvens, granizo, geada, icebergs e nas calotas polares.
Nas nuvens, formam-se pequenos blocos de gelos, mas apenas nas nuvens do tipo cirros.
Na neve, formam-se flocos de gelo que caem e formam grossas camadas. Isto acontece porque há um resfriamento de pequenas gotas de vapor de água que se condensam no ar, ou seja, passam do estado gasoso para líquido.
Nas geadas, o vapor de água do ar atmosférico transforma-se em pequenas gotas de água, o orvalho. Este orvalho congelado é a geada. Forma-se em noites muito frias, cobrindo de gelo as superfícies.

No granizo, formam-se pedras de gelo formadas dentro das nuvens de tempestades
Nos icebergs, que são enormes blocos de gelos, forma-se com o desprendimento das geleiras que estão no litoral dar regiões polares. Os icebergs ficam flutuando nos mares e rios até que derretam transformando-se em água líquida. O iceberg é uma montanha de gelo onde a sua maior parte está submersa no mar.
A água no estado gasoso é encontrada na forma de vapor de água que existe no ar que forma-se através da evaporação da água dos mares, rios e lagos. Na transpiração e respiração dos animais e vegetais também existe vapor de água. A água evaporada se condensa transformando-se em pequenas gotas. Estas gotas juntas formam as nuvens.

Estados Físicos

Para entender como ocorrem as mudanças de estados físicos é preciso entender qual é a composição das substâncias.

Composição da água

A água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Sua fórmula molecular é então H2O.
A fórmula química que representa uma molécula de água é H2O.
Isto quer dizer que a água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.

Organização molecular

O estado físico de uma substância depende da organização de seus átomos e moléculas. Esta organização vai depender das condições que se encontra esta substância.

No estado sólido, as moléculas estão fortemente unidas entre si. Vibram em torno de posições praticamente fixas.

No estado líquido, as moléculas estão um pouco mais afastadas entre si do que as moléculas no estado sólido. Vibram com mais intensidade e movimentam-se mais livremente.

No estado gasoso, há uma grande distância entre as moléculas. O movimento entre elas é desordenado e chegam a se chocar.

Por que ocorrem as mudanças de estados físicos?

Alguns fatores fazem com que o estado físico das substâncias mudem. Um destes fatores é atemperatura e a pressão.

Quando queremos ferver a água, ou seja, transformar a água líquida em vapor, fornecemos calor. Então há um aumento na temperatura até que a água ferva. Deixando de fornecer calor, a temperatura da água vai diminuindo até ficar na temperatura ambiente. Se colocarmos na geladeira essa água, ela perderá calor, então a temperatura irá diminuir. Ao colocar no congelador, a água perderá mais calor ainda, até que congele.

Então, quando a água:
Absorve calor – as moléculas ficam mais agitadas e aumenta a temperatura.
Perde calor – as moléculas ficam menos agitadas e diminui a temperatura.

Outro fator que influencia a mudança de estado físico é a pressão. Quando aumentamos a pressão de um gás, por exemplo, as moléculas ficam mais próximas umas das outras, fazendo com que fiquem mais organizadas, passando assim para o estado líquido. A diminuição desta pressão faz com que as moléculas fiquem mais distantes entre si transformando-se em gás.

Na figura acima podemos observar as mudanças de estados físicos e o que acontece quando aumentamos ou diminuímos a temperatura ou a pressão de uma substância.

Mudança de estados físicos

As mudanças de estados físicos da matéria são: fusão, vaporização, condensação, solidificação e sublimação. Na água, as transformações mais comuns são a fusão, vaporização, condensação e solidificação.

A ) Fusão – mudança do estado sólido para o líquido. Quando o gelo derrete acontece essa transformação.

B) Vaporização – mudança do estado líquido para o gasoso. Existem três tipos de vaporização: evaporação, que é uma transformação mais lenta; ebulição, que é uma vaporização mais rápida, é o momento que a água ferve; calefação, que é uma mudança que ocorre muito rápida, por exemplo, quando respigamos água em uma chapa quente.

C) Solidificação – mudança do estado líquido para sólido. Quando colocamos a água líquida no congelador para formar gelo.

D) Condensação ou Liquefação – mudança do estado gasoso para líquido. Quando a água atinge a tampa de uma panela, que está em cozimento, este vapor perde calor e se transforma em líquido. O mesmo acontece com as nuvens. As gotículas quando se juntam formam as chuvas.

E) Sublimação – mudança do estado gasoso para sólido ou do sólido para gasoso. Na naftalina acontece esta mudança. Na água não é muito comum.

CICLOS DA ÁGUA

Depois que a Terra se formou, a sua superfície foi se resfriando, formaram-se as nuvens e as chuvas. Das chuvas formaram-se os rios, lagos, mares, oceanos e lençóis subterrâneos.

As nuvens formam-se através da evaporação da água no estado líquido, que sempre retorna à Terra em forma de chuva, neve ou granizo. Depois evapora novamente e assim forma-se o ciclo da água.

Quanto maior for a superfície de exposição da água, maior será o nível de evaporação. O vapor de água, quando resfriado, pode também formar a neblina (nevoeiro), ou seja, aquela "nuvem" que se forma perto do solo. A água do solo é absorvida pelas raízes das plantas. Por meio da transpiração, as plantas eliminam água no estado de vapor para o ambiente, principalmente pelas folhas.  

E na cadeia alimentar, as plantas, pelos frutos, raízes, sementes e folhas, transferem água para os seus consumidores. Além do que é ingerido pela alimentação, os animais obtêm água bebendo-a diretamente. Devolvem a água para o ambiente pela transpiração, pela respiração e pela eliminação de urina e fezes. Essa água evapora e retorna à atmosfera. No nosso planeta, o ciclo de água é permanente.

Neste ciclo, a chuva é fundamental, não só pelo seu retorno à Terra, mas também pela sua distribuição nas diversas partes do planeta. Ela redistribui toda a umidade da Terra. Nem sempre ela vem limpa, como durante a sua evaporação. Dependendo do lugar que ela caia, algumas vezes, a água das chuvas pode vir contaminada, principalmente nas cidades poluídas. Mesmo assim, ela pode ser reaproveitada pela maioria das plantas e animais. Em média, cada molécula de água passa por este ciclo a cada dez ou quinze dias. Existem moléculas que permanecem nos oceanos por mais de 1500 anos.

SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES E PRINCIPAIS TIPOS

Na natureza é muito difícil encontrar água pura. A água que cobre o nosso planeta está em grande parte nos oceanos e mares. Para este tipo de água, damos o nome de água salgada, por conter uma grande quantidade de sais dissolvidos nela, como por exemplo, o cloreto de sódio (NaCl) ou sal de cozinha. Mas há também os rios, córregos, lagos e lençóis freáticos, o qual chamamos de água doce, este nome é devido à presença de uma pequena quantidade de sal dissolvidos e não porque a água realmente é doce.

Como separar os componentes da água?

A água é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Podemos utilizar o voltâmetro para separar estes componentes.

Este aparelho é feito de 3 ou 4 pilhas grandes ligados em série, um frasco com água, um pouco de suco de limão, dois tubos de ensaio cheios desta mistura e dois pedaços de fio elétrico. O suco de limão ajuda na passagem da corrente elétrica. Quando essa corrente começa a circular formam-se bolhas nos tubos. Estas bolhas são o gás hidrogênio e o gás oxigênio, que são gases invisíveis e, portanto de difícil identificação. 

O tubo que contém menor volume de água é o que está com o gás hidrogênio, já que a fórmula da água é sempre dois átomos de H para um de O. então o hidrogênio está em dobro. Este processo de separação dos componentes de uma substância através da corrente elétrica chama-se eletrólise, neste caso, a eletrólise da água.

Como testar estes gases?

Os gases envolvidos na experiência (hidrogênio e oxigênio) têm propriedades diferentes. Então é mais fácil verificar qual gás está em cada tubo.

O gás hidrogênio é combustível e, portanto pode ser queimado. Se retirarmos o tubo que acreditamos ser o hidrogênio e colocar um palito de fósforo aceso, deve haver uma pequena explosão. Então neste tubo está o gás hidrogênio.

O gás oxigênio é comburente, ou seja, provoca combustão (queima). Se este procedimento for feito no tubo que talvez contenha oxigênio, devemos observar que a brasa será “avivada”, reacendendo o palito. Então neste tubo contém oxigênio.

Principais tipos de água

Como vimos, a água pura é dificilmente encontrada na natureza. Esta água contém apenas moléculas de H2O. Normalmente encontramos a água com sais, gases e impurezas dissolvidas.

Água Potável: é a água apropriada para beber. Deve ser cristalina, ou seja, incolor e límpida; inodora (sem cheiro) e insípida (sem gosto); livre de impurezas (micróbios e substâncias tóxicas).

Ela pode conter alguns sais dissolvidos e gases em pequenas quantidades. Algumas impurezas podem ser retiradas com o auxílio de um filtro doméstico.

Água Mineral: é a água que contém sais minerais dissolvidos. São benéficos para o ser humano.

Esta água pode ser classificada de acordo com o mineral que a compõem. No Brasil, existem muitas fontes de água mineral, as chamadas Estâncias Hidrominerais.

- água sulfurosa – Águas de São Pedro (SP), Araxá e Poços de Caldas (MG), Dorizon (PR).

- água bicarbonatada – Águas de Prata (SP) e Salutaris (RJ).

- água cloretada – Caldas do Cipó (BA).

- água carbogasosa e ferruginosa – Lambari, Caxumbu e São Lourenço (MG).

- água bicarbonato-cloretada – Iraí (RS).

Água Termal: é a água que contém sais minerais e que sai do solo com a temperatura alta (gêiser).

No Brasil, existem também várias fontes de água termal, como por exemplo, em Goiás, onde a temperatura da água pode chegar a 40°C.

O banho de água termal é muito bom para a saúde.

Água Destilada: é a água obtida através da destilação. Que é um método de separação de mistura homogênea, ou seja, que só contém uma fase.

ÁGUA COMO SOLVENTE

Na natureza encontramos diversos tipos de água. Dificilmente a encontramos pura. Isto porque, na água, estão dissolvidas várias outras substâncias. Podemos dizer, então que a água é um ótimo solvente, ou seja, dissolve muitas outras substâncias.

Misturas
É formada por dois ou mais substâncias puras.

Mistura Homogênea
É formada por apenas uma fase. Não se consegue diferenciar as substâncias.
Exemplo: água + açúcar

Mistura Heterogênea
É formada por duas ou mais fases. As substâncias podem ser diferenciadas a olho nu ou com um microscópio.
Exemplo: água + óleo

Solução

É uma mistura homogênea. As soluções podem ser gasosas, líquidas ou sólidas.

Solução gasosa é uma mistura homogênea formada por gases.
Exemplo: o ar atmosférico (nitrogênio, oxigênio...).
Solução líquida é uma mistura homogênea formada por líquidos.
Exemplo: álcool hidratado (álcool e água).
Solução sólida é uma mistura homogênea formada por sólidos.
Exemplo: ouro comum (ouro e cobre).

Componentes da Solução

As soluções são formadas por solventes e solutos.
Solvente é aquilo que dissolve. Geralmente, está em maior quantidade.
Soluto é aquilo que é dissolvido. Geralmente está em menos quantidade.

A água como solvente universal

A água é conhecida como solvente universal porque dissolve quase todas as substâncias que existem na natureza. Há vários tipos de soluções feitas com este solvente.
- água mais açúcar – água solvente/açúcar soluto
- vinagre – água solvente/ácido acético soluto
- água sanitária – água solvente/hipoclorito de sódio soluto
- soro fisiológico – água solvente/cloreto de sódio soluto
- água potável – água solvente/sais minerais e gás oxigênio soluto
- água do mar – água solvente/sais minerais soluto

As substâncias que se dissolvem em água são chamadas de Hidrossolúveis. Exemplos: açúcar, álcool, ácido acético.

Importância da água como solvente nos organismos

- Plantas: os sais minerais só são absorvidos do solo pelas raízes das plantas depois que forem dissolvidas em água.
- Sangue: é uma mistura heterogênea. A parte líquida (plasma) é constituída de glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas. Este plasma contém água, onde estão dissolvidas outras substâncias como as vitaminas e a glicose. A água serve como transporte dessas substâncias para o resto do corpo.
- Urina: a água atua como transporte das substâncias ruins que devem ser eliminadas do corpo. Essas substâncias são: uréia e ácido úrico.

Suspensão

O que acontece se você colocar areia num copo com água e depois mexer esta mistura? A areia não se dissolverá na água. Enquanto a mistura está sendo mexida, a areia vai se espalhando pela água. Dizemos que a areia está em suspensão na água. Parando de mexer, rapidamente a areia se separa da água e se deposita no fundo do copo.

Então, suspensão é uma mistura heterogênea, onde um dos componentes é líquido ou gasoso.

Utilidades da água no dia-a-dia

- Uso doméstico:

• Beber (consumo humano)
• Banhos e higiene pessoal
• Descarga de vasos sanitários e limpeza doméstica

- Uso industrial:

• Fabricação de bebidas
• Fabricação de remédios
• Fabricação de perfumes e cosméticos

- Navegação e transporte:

• Turistas para passeios
• Pequenas e grandes cargas
• Passageiros em trânsito
• Transatlânticos
• Navios petroleiros

Energia Elétrica

A energia elétrica que vem das usinas hidrelétricas é resultante da força da água. As usinas hidrelétricas usam a energia da água em movimento para obter energia elétrica. Para construir uma barragem é preciso represar a água de um rio.
A água represada é canalizada e conduzida com alta velocidade para as turbinas (rodas de metal com palhetas) que começa a girar. Esse movimento é transmitido para outra peça, o gerador, transformando a energia da água em energia elétrica.
No Brasil, há várias usinas hidrelétricas, dentre elas uma das maiores do mundo: Itaipu, no Paraná.
O Rio São Francisco, aqui no Brasil, também é usado para fornecer energia elétrica. Ao longo do seu curso há as usinas de Três Marias, Paulo Afonso, Itaparica, Moxotó e Sobradinho.
Não são todos os países que tem volumosos rios e com queda d´ água, como o Brasil. Apenas alguns países tem grande potencial hidrelétrico, como: EUA, Rússia, China e Canadá.

TRATAMENTO DA ÁGUA

Nem sempre a água própria para o consumo humano e para o abastecimento de uma população está em boas condições. A água pode estar contaminada ou poluída.

Contaminação = existência de seres vivos, como microorganismos e vermes provocando doenças. Exemplo: esquistossomos (verme que provoca a esquistossomose).

Poluição = existência de substâncias tóxicas em excesso. Exemplo: mercúrio e óleo.

O mercúrio (Hg) é um metal muito denso e venenoso que os garimpeiros usam nas margens dos rios para separar o ouro de outras partículas que vêm junto ou grudadas nele.
O óleo que é descartado pelos navios no mar impedem que as plantas realizem a fotossíntese.

Como a água chega nas casas?

A água é transportada dos mananciais ou represas até as estações de tratamento através de tubos muito grandes chamadas adutoras. Nas estações de tratamento, a água é purificada. Depois disso, ela é conduzida para outras tubulações que ligam às caixas d água e reservatórios que abastecem a cidade.
Todas as cidades precisam ter uma estação de tratamento porque os mananciais vêm com água imprópria para o consumo, muitas vezes contaminada ou poluída.

Estações de tratamento de água

Como a água dos mananciais pode estar com muitas impurezas, ela deve passar por uma estação de tratamento. Se esta água não for bem tratada pode provocar sérios problemas na saúde da população.
Alguns dos procedimentos gerais para o tratamento da água são: floculação, decantação, filtração e cloração.
A água chaga imprópria para o consumo na estação de tratamento. Primeiro ela passa por tanques que contém uma solução de cal (óxido de cálcio CaO) e sulfato de sódio (Al2 (SO4 )3 ). Essas substâncias reagem formando outra substância que é o hidróxido de alumínio (Al (OH)3 ).
O hidróxido de alumínio se deposita arrastando as impurezas sólidas em suspensão na água. Este procedimento é a floculação, nome dado devido à formação de flóculo.
Na etapa seguinte, a água vai para um tanque de decantação, onde as partículas que se formaram na floculação estão mais densas que a água e, portanto decantam neste tanque. Então, neste momento, a água já está um pouco mais limpa.
O próximo processo é a filtração, onde a água passa por um filtro com várias camadas de cascalho e areia e carvão ativado. Ao passar por estas camadas, ela vai deixando suas impurezas.
Depois de todos estes processos, a água ainda não está purificada. Ainda há microorganismos nela. Então ela deve passar por um depósito que contém cloro. O cloro (Cl) é uma substância que é capaz de matar os microorganismos presentes na água. Chamamos este processo de cloração.
Agora a água está própria para o consumo. Já está purificada. Ela fica em depósitos até ser distribuída para a cidade.

Purificações

Há certos locais que não existem tratamento de água. Outros apesar de receber a água tratada preferem também purificá-la ainda mais.
Existem alguns métodos para a purificação da água, como por exemplo a purificação caseira (filtração, fervura, ozonização) e a purificação industrial (destilação).

Purificação Caseira

Quando não há rede de tratamento de água em certas localidades é comum haver poços artesianos. Mas para cavar o poço, é necessário escolher um local longe de depósitos de lixo, rede de esgoto, fossas e criação de animais. O interior do poço deve ser revestido de uma parede semipermeável (tijolo) com sua base numa altura de 40cm do chão.
Essa água, que vem de lençóis subterrâneos, em geral, é limpa ou não contém contaminação ou poluição. Nela, pode haver sais minerais e alguns gases. Por isso, é importante a purificação caseira da água de poço.

A filtração é um dos melhores e mais simples métodos de purificação usado nas casas. A água é colocada no filtro, que geralmente é feito com um material que contém uma porcelana porosa (o barro, por exemplo), conhecida como vela de filtro. Quando a água passa por essa vela, as impurezas ficam retidas ali. Mas há uma desvantagem na filtração. Este processo não retém os microorganismos e nem substâncias químicas que possam haver na água.

A fervura é um método simples e eficaz e deve durar de 15 a 20 minutos para matar todos os microorganismos que existem na água. Podemos ferver a água e consumi-la ou ferver e em seguida, colocar num filtro. Deve-se deixar a água voltar à temperatura ambiente e tampar a panela para não haver nova contaminação. Podemos agitar, com uma colher bem limpa, a água fervida para que os gases eliminados durante a fervura volte a se misturar com ela.

A ozonização é um método onde é adicionado o gás ozônio (O3) na água, matando os microorganismos. Para isso, é necessário um aparelho chamado ozonizados. A água que sai da torneira passa diretamente por uma certa quantidade de ozônio, que é produzido quando o aparelho é ligado à eletricidade. Depois deste processo, a água deve ficar em repouso para que o ozônio evapore.

Purificação Industrial

Para a fabricação de certos produtos, como por exemplo remédios e cosméticos, a indústria utiliza uma água muito pura. Essa água pode ser obtida através da destilação, a água destilada.

Água destilada = é a água obtida através da destilação. É totalmente pura e livre de sais minerais.

Destilação = método de separação de mistura homogênea onde obtém-se a água destilada.

Destilador = aparelho utilizado para a destilação.

O destilador transforma a água líquida em vapor, e em seguida, essa água se transforma em líquido novamente, porém, sem as impurezas.
Primeiro, a água líquida é aquecida num balão volumétrico até ferver. Ao ferver, ela atinge o ponto de ebulição (100ºC) transformando-se em vapor. Esse vapor vai para o condensador. O condensador é um aparelho que resfria o vapor d água transformando o em líquido. Dentro do condensador há água fria, que faz com que ocorra a transformação do estado físico da água de vapor para líquido, ou seja, a condensação. Então, gotas de água caem do condensador para outro recipiente, a água destilada.

Fonte:soq.com.br