Água, Uma Substância Muito Estranha

Essencial à manutenção da vida no Planeta, a água é uma substância que apresenta propriedades físico-químicas bem peculiares, algumas tão fora dos padrões da ciência que intrigam os cientistas até hoje. Pelo menos 70 anomalias já foram identificadas no comportamento das moléculas de água em relação às outras substâncias químicas conhecidas (FONTE DA IMAGEM: Biwa Studio/Getty Images)

Tudo mundo sabe que a fórmula química da água é H2O. Ou seja, a molécula de água é formada de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Talvez o que muita gente não saiba é que, no tocante às suas propriedades físico-químicas, a água possui 70 anomalias, o que faz dela uma substância bastante peculiar para os padrões normativos da ciência. Em geral, estamos tão habituados com a água em nosso dia-a-dia que não percebemos o quanto o comportamento das moléculas de H2O presentes na substância água desafia as previsões científicas.

Primeiro, se formos consistentes com a nomenclatura química oficial, deveríamos chamar a água de monóxido de di-hidrogênio, óxido de hidrogênio ou hidreto de oxigênio, mas raramente nos referimos a água por esses termos, a não ser quando queremos criar boatos e lendas urbanas para espalhar na internet e causar pânico entre os desinformados (clique no link acima para ficar sabendo dessa história).

Uma propriedade importante da água é a sua natureza polar. Uma molécula de água tem dois átomos de hidrogênio ligados covalentemente a um átomo de oxigênio. Estruturalmente, a molécula de H2O tem a forma angular, que lembra uma letra “v”, com o oxigênio no vértice e os hidrogênios nas pontas simétricas. O oxigênio fica com todos os elétrons negativos perto de si, o que torna a carga elétrica na base do “v” ligeiramente negativa. Já os hidrogênios, nas extremidades, ficam um pouco positivos. Isso torna o H2O uma molécula polar. O oxigênio atrai elétrons muito mais fortemente que o hidrogênio, levando a uma carga resultante positiva nos átomos de hidrogênio, e uma carga resultante negativa no átomo de oxigênio. A presença de carga nesses átomos dá à água um momento de dipolo. A atração elétrica devida a esse dipolo aproxima as moléculas de água, tornando mais difícil separá-las e, por consequência, elevando o ponto de ebulição. Essa atração é conhecida como ligação de hidrogênio.

As ligações de hidrogênio também são responsáveis pelo comportamento incomum da água em congelamento. "Quando a água resfriada até próximo do ponto de fusão, a presença das ligações leva as moléculas, que se reorganizam à medida que perdem energia, a formarem a estrutura cristalina hexagonal do gelo, que tem uma densidade menor: por isso o gelo flutua na água. Em outras palavras, a água se expande ao congelar, ao passo que quase todos os outros materiais se contraem na solidificação."

Em consequência da forte coesão observada entre as moléculas, a água possui uma alta tensão superficial. Quando enchemos um copo até a boca percebemos que o líquido avança dois ou três milímetros acima da borda do recipiente, como se estivesse preso por uma película arredondada. Essa película é o que permite que insetos caminhem na superfície de um lago e também está por trás da formação de gotículas de orvalho redondas em pétalas de flores.

"A capilaridade se refere ao processo de a água subir por um tubo estreito, contra a força da gravidade. O fenômeno acontece porque a água adere às paredes do tubo e a tensão superficial tende a nivelar a superfície, elevando-a e, por coesão, mais água entra na parte de baixo do tubo. O processo continua até que haja no tubo água suficiente para que a força da gravidade contrabalance a força de adesão. Uma árvore tão grande quanto a sequoia, com 90 metros de altura, é capaz de bombear o líquido da raiz até a copa graças à capilaridade da água.

"Quimicamente, a água é anfótera — isto é, pode agir tanto como ácido quanto como base. Ocasionalmente, o termo ácido hidróxico é usado quando a água atua como ácido numa reação química. Em pH 7 (meio neutro), a concentração de íons hidróxido (OH−) é igual à dos íons hidrônio (H3O+) ou hidrogênio (H+). Se esse equilíbrio for perturbado, a solução pode se tornar ácida (maior concentração de íons hidrônio) ou básica (maior concentração de íons hidróxido).

Também devido à sua polaridade, a água é um bom solvente. Substâncias que se misturam bem e se dissolvem na água (por exemplo, os sais) são conhecidas como substâncias hidrofílicas, ao passo que as que não se misturam bem em água (por exemplo, gorduras e óleos) são chamadas hidrofóbicas. A capacidade de uma substância se dissolver em água depende de ela poder ou não igualar ou superar as grandes forças atrativas que as moléculas de água exercem umas sobre as outras. Se uma substância tiver propriedades que a impeçam de superar essas grandes forças intermoleculares, suas moléculas são “expulsas” da água, e não se dissolvem. Ao contrário do que normalmente se acredita, a água e as substâncias hidrofóbicas não se “repelem”, e a hidratação de uma superfície hidrofóbica é favorável energeticamente, mas não entropicamente."

"Em 1963, um menino de 13 anos chamado Erasto Mpemba – que fazia picolés caseiros para vender em um vilarejo da Tanzânia, na África –, percebeu que a água se solidifica mais rápido quando é posta no freezer fervendo. O fenômeno ficou conhecido como efeito Mpemba. O efeito Mpemba é o surpreendente fenômeno de que a água quente pode, sob certas condições, congelar antes da água fria, mesmo sem precisar passar pela temperatura mais baixa para chegar ao congelamento". Os químicos ainda não sabem o porquê disso. Em certas circunstâncias, é mais fácil para as moléculas atingirem a configuração geométrica correspondente ao gelo partindo de uma temperatura mais alta.

A água tem o segundo maior calor específico dentre os compostos químicos conhecidos, depois da amônia, assim como uma alta entalpia de vaporização (40,65 kJ mol−1), ambos consequências da extensa rede de ligações de hidrogênio entre suas moléculas. Essas duas propriedades incomuns permitem à água moderar o clima da Terra, amortizando flutuações grandes de temperatura. Graças a essa propriedade, os oceanos agem como esponjas de calor, que evitam variações bruscas de temperatura nos litorais. Pela manhã, mesmo que já faça uns 35°C na faixa de areia, a água do mar permanece relativamente fria. No final da tarde, quando o mar finalmente aqueceu, o Sol se põe e os papéis se invertem: a água passa a noite toda liberando um ligeiro calor na atmosfera, o que evita uma queda brusca de temperatura nesse período do dia.

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