Água Como Substância

A molécula da água é formada por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio por meio de ligações covalentes (figura 1). O ângulo de ligação é de 104,45º em função da estrutura tetraédrica dos orbitais sp3 do oxigênio (figura 2).

A água possui, portanto, uma dipolaridade bastante forte com as cargas positivas do hidrogênio e negativas do oxigênio, resultando em uma forte rede de ligações intermoleculares. Essas ligações são denominadas "pontes de hidrogênio" e são interagidas pela "força de Van der Waals".

As propriedades da água são determinadas pelo ângulo de ligação. Se a água apresentasse um ângulo de 180º entre as ligações, talvez ela não fosse um líquido à temperatura ambiente.

Fig. 1 - Molécula da água Fig. 2 - Molécula da água com indicação do ângulo de ligação

PROPRIEDADES DA ÁGUA - ESTADO FÍSICO

Sólido

A água apresenta menor densidade no estado sólido do que no estado líquido, o que explica por que o gelo boia sobre a água líquida.

Densidade da Água
Temperatura (°C) Densidade (g/cm³)
100 0,9584
80 0,9718
60 0,9832
40 0,9922
30 0,9956502
25 0,9970479
22 0,9977735
20 0,9982071
15 0,9991026
10 0,9997026
4 0,9999720
0 0,9998395
−10 0,998117
−20 0,993547
−30 0,983854

Densidade da água em gramas por centímetro cúbico em várias temperaturas em graus Celsius.
Os valores abaixo de 0°C se referem à água superfundida.



Geralmente, a água se expande ao congelar devido à sua estrutura molecular aliada à elasticidade incomum das ligações de hidrogênio e à conformação cristalina particular de baixa energia que ela assume em condições normais de pressão. Isto é, ao resfriar-se a água tenta organizar-se numa configuração de rede cristalina que alonga as componentes rotacionais e vibracionais das ligações, de forma que cada molécula de água é afastada das vizinhas. Isso efetivamente reduz a densidade p da água quando se forma gelo sob condições normais de pressão.

Líquido

A água é primariamente um líquido em condições ambientes, o que não se poderia prever, uma vez que os outros hidretos análogos da família do oxigênio da tabela periódica são gases como o sulfeto de hidrogênio, por exemplo. A razão pela qual o hidreto de oxigênio (água) forma um líquido está baseada no fato de ele ser mais eletronegativo que todos esses elementos (exceto pelo flúor).

O oxigênio atrai elétrons muito mais fortemente que o hidrogênio, levando a uma carga resultante positiva nos átomos de hidrogênio e a uma carga resultante negativa no átomo de oxigênio. A presença de carga nesses átomos dá à água um "momento 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.

A água pode ser vista como um líquido polar que se dissocia minimamente num íon hidrônio (H3O+ aq) e num íon hidroxila (OH- aq) associado. A água está em equilíbrio dinâmico entre os estados líquido, sólido e gasoso nas condições ambientes de temperatura e pressão e é a única substância pura encontrada naturalmente na Terra com essa característica.

Gasoso

As pontes de hidrogênio também são responsáveis por esta característica. Para evaporar a água, primeiro deve-se romper as pontes de hidrogênio e, posteriormente, dotar as moléculas de água de suficiente energia cinética para se passar para a fase gasosa. Para evaporar 1 grama de água precisa-se de 540 calorias a uma temperatura de 20ºC.

Como o gás, o vapor d'água é completamente miscível com o ar. Por outro lado, a pressão máxima de vapor termodinamicamente estável com a líquida (ou sólida) numa dada temperatura é relativamente baixa se comparada com a pressão atmosférica total. Por exemplo, se a pressão parcial de vapor for 2% da pressão atmosférica e o ar for resfriado a partir de 25ºC, aos cerca de 22ºC a água começa a condensar-se, definindo o ponto de orvalho, formando neblina ou orvalho.

O processo inverso faz com que a neblina "desapareça" pela manhã. Se a umidade aumenta à temperatura ambiente (por exemplo, devido a um chuveiro quente) e a temperatura se mantém a mesma, a água gasosa logo chega à pressão de  mudança de fase e se condensa como vapor. Um gás nesse contexto é dito saturado ou a 100% de umidade relativa quando a pressão e o vapor d'água no ar estão em equilíbrio com a pressão de vapor devido à água (líquida).

Autores

Lauro de Oliveira Silva Júnior

Lúcio Carramillo Caetano

Fontes

Wikipedia, acessado em 07/01/2010.

Macedo Barros Águas & Águas, 2004.