O QUE SÃO ANOMALIAS DA ÁGUA? - QUÍMICA - 2025

As anomalias da água são aquelas propriedades que distinguem e posicionam como a mais importante e especial todas as substâncias líquidas. Fisicamente e quimicamente, a água mostra uma grande diferença em relação a outros líquidos, superando até as expectativas e cálculos teóricos. Talvez seja tão simples e ao mesmo tempo tão complexo quanto a própria vida.

Se o carbono é a pedra angular da vida, a água corresponde ao seu fluido. Se não fosse único e incomparável, um produto de suas anomalias, as ligações de carbono que compõem as matrizes biológicas seriam inúteis; a percepção da vida desmoronaria, os oceanos congelariam completamente e as nuvens não ficariam suspensas no céu.

Icebergs e corpos de gelo flutuando na água representam um exemplo geralmente esquecido de uma das anomalias da água. Fonte: Pexels.

O vapor de água é muito mais leve do que outros gases e sua interação com a atmosfera resulta na formação de nuvens; o líquido é consideravelmente mais denso em relação ao gás, e essa diferença em suas densidades parece acentuada em comparação com outros compostos; e o sólido, anormalmente, tem uma densidade muito menor do que o líquido.

Um exemplo disso é observado no fato de icebergs e gelo flutuarem na água líquida, um produto de sua menor densidade.

Calor específico

Praias, outro exemplo natural onde o calor específico anômalo da água é observado macroscopicamente. Fonte: Pixabay.

A água mostra uma forte oposição ao aumento de sua temperatura antes de uma fonte de calor. Portanto, a fonte deve fornecer calor suficiente para forçar a água a aumentar sua temperatura em um grau centígrado; isto é, seu calor específico é alto, maior do que o de qualquer composto comum e tem um valor de 4,186 J / g · ºC.

As possíveis explicações para o seu calor específico anômalo se devem ao fato de que as moléculas de água formam múltiplas ligações de hidrogênio, de forma desordenada, e o calor é dissipado para aumentar as vibrações dessas pontes; caso contrário, as moléculas de água não vibrariam em uma frequência mais alta, o que se traduz em um aumento na temperatura.

Por outro lado, uma vez que as moléculas foram termicamente excitadas, elas demoram para restabelecer o estado original de suas ligações de hidrogênio; Isso é o mesmo que dizer que leva tempo para resfriar em condições normais, agindo como um reservatório de calor.

Praias, por exemplo, apresentam ambos os comportamentos durante as diferentes estações do ano. No inverno, eles ficam mais quentes do que o ar ao redor, e no verão, mais frios. Por isso vai fazer sol, mas quando nadar no mar fica mais fresco.

Calor latente de vaporização

A água tem uma entalpia ou calor latente de evaporação muito alta (2257 kJ / kg). Esta anomalia sinergiza com seu calor específico: ele se comporta como um reservatório e regulador de calor.

Suas moléculas devem absorver calor suficiente para passar para a fase gasosa, e o calor é obtido de seus arredores; especialmente na superfície à qual estão fixados.

Essa superfície pode ser, por exemplo, nossa pele. Quando o corpo se exercita libera suor, cuja composição é essencialmente aquosa (maior que 90%). O suor absorve o calor da pele para vaporizar, dando a sensação de resfriamento. O mesmo acontece com o solo, que ao vaporizar sua umidade diminui sua temperatura e fica mais frio.

Constante dielétrica

A molécula de água é extremamente polar. Isso se reflete em sua constante dielétrica (78,4 a 25ºC), que é maior do que a de outras substâncias líquidas. Devido à sua alta polaridade, é capaz de dissolver um grande número de compostos iônicos e polares. É por esta razão que é considerado o solvente universal.

Difusão

Difusão de água através de um tubo. Fonte: Pxhere.

Uma das curiosas anomalias da água líquida é que ela se difunde muito mais rápido do que o estimado através de um orifício de tamanho reduzido. Os fluidos geralmente aumentam sua velocidade quando fluem através de tubos ou canais mais estreitos; mas a água acelera de forma mais drástica e violenta.

Macroscopicamente isso pode ser observado variando-se a área da seção transversal dos tubos por onde a água circula. E nanometricamente, o mesmo pode ser feito mas usando nanotubos de carbono, de acordo com estudos computacionais, que ajudam a esclarecer a relação entre a estrutura molecular e a dinâmica da água.

Densidade

Foi mencionado no início que o gelo tem uma densidade menor do que a água. Além disso, atinge um valor máximo em torno de 4ºC. Quando a água esfria abaixo dessa temperatura, a densidade começa a diminuir e a água mais fria sobe; e finalmente, perto de 0ºC, a densidade cai para um valor mínimo, o do gelo.

Uma das principais consequências disso não é apenas que os icebergs podem flutuar; mas também favorece a vida. Se o gelo fosse mais denso, ele afundaria e esfriaria as profundezas até o congelamento. Os mares então esfriariam de baixo para cima, deixando apenas uma película de água disponível para a fauna marinha.

Além disso, quando a água penetra nos recessos das rochas e a temperatura cai, ela se expande ao congelar, promovendo sua erosão e morfologia externa e interna.

Água leve e água pesada

À medida que o gelo flutua, as superfícies dos lagos e rios congelam, enquanto os peixes podem continuar a viver nas profundezas, onde o oxigénio se dissolve bem e a temperatura está acima ou abaixo dos 4ºC.

Por outro lado, a água líquida, de fato, não é considerada idealmente homogênea, mas consiste em agregados estruturais com densidades diferentes. Na superfície, a água mais leve está localizada, enquanto na parte inferior, a mais densa.

No entanto, tais "transições" líquido-líquido são apenas perceptíveis em água super-resfriada e em simulações com altas pressões.

Expansões de gelo

Outra anomalia característica da água é que o gelo diminui sua temperatura de derretimento à medida que a pressão aumenta; ou seja, em pressão mais alta, o gelo derrete em temperaturas mais baixas (abaixo de 0ºC). É como se o gelo, em vez de se contrair, se expanda como resultado da pressão.

Esse comportamento é contrário ao de outros sólidos: quanto maior a pressão sobre eles e, portanto, sua contração, eles precisarão de maior temperatura ou calor para derreter e, assim, serão capazes de separar suas moléculas ou íons.

Também é importante mencionar que o gelo é um dos sólidos mais escorregadios da natureza.

Tensão superficial

Inseto andando na superfície da água. Fonte: Pixabay.

Finalmente, embora apenas algumas anomalias tenham sido mencionadas (das aproximadamente 69 que são conhecidas e muitas outras a serem descobertas), a água tem uma tensão superficial anormalmente alta.

Muitos insetos aproveitam esta propriedade para poder andar sobre a água (imagem superior). Isso porque seu peso não exerce força suficiente para quebrar a tensão superficial da água, cujas moléculas, em vez de se expandirem, se contraem, impedindo que a área ou superfície aumente.

Referências

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
2. Kids & Science. (2004). A anomalia da Água. Recuperado de: vias.org
3. Chaplin Martin. (2019). Propriedades anômalas da água. Estrutura e ciência da água. Recuperado de: 1.lsbu.ac.uk
4. ChimiSpiega. (2 de fevereiro de 2014). Água: o caso estranho ao nosso redor. Chimicare. Recuperado de: chimicare.org
5. Nilsson, A., & Pettersson, LG (2015). A origem estrutural das propriedades anômalas da água líquida. Nature Communications, 6, 8998. doi: 10.1038 / ncomms9998
6. IIEH. (2 de julho de 2014). Anomalias da água. Evolução e Meio Ambiente: Instituto de Pesquisa em Evolução Humana AC recuperado de: iieh.com
7. Pivetta Marcos. (2013). O lado estranho da água. Pesquisa FAPESP. Recuperado de: revistapesquisa.fapesp.br