propriedades físicas e químicas da água

As propriedades físicas e químicas da água

As propriedades da água: generalidades e curiosidade
As propriedades da água: isótopos e estrutura molecular

histórico

A água foi considerada pelos Antigos como um dos 4 elementos fundamentais: o mundo era composto por uma mistura desses 4 princípios essenciais em proporção variável. Foi considerado um corpo simples até o século XVIII. Então vários químicos descobriram que a água não era um corpo simples, realizando sua síntese e análise. Citemos os precursores, Priestley, que produziu água a partir da combustão de hidrogênio (1774), Watts (1783), que propuseram a hipótese de que a água não era um corpo simples, Monge que percebeu a síntese sob a ação de uma faísca elétrica a partir de uma mistura de oxigênio e hidrogênio. Mas o experimento de síntese decisivo foi o de Lavoisier e Laplace (1783), que sintetizaram a água do hidrogênio e do oxigênio durante um memorável experimento público. A decomposição da água ocorreu posteriormente, após a descoberta da célula elétrica por Volta em 1800. A eletrólise da água possibilitou medir a respectiva razão de oxigênio e hidrogênio para finalmente chegar à bem conhecida fórmula química H2O. A primeira eletrólise prática (e espetacular) foi realizada em 1800 em Paris por Robertson; a fórmula química foi esclarecida pelos trabalhos teóricos de Dalton (1803) e Avogadro (1811).

Propriedades físicas da água

A água tem propriedades físicas bastante específicas em comparação com outros líquidos. Aparece como um líquido "estruturado", e não desordenado como outros líquidos, pelo fato de seus componentes elementares estarem associados.

As propriedades da água servem como referência para padronização internacional de escalas numéricas: temperatura, densidade, massa, viscosidade, calor específico. O calor específico é excepcionalmente alto (18 moles de calorias por grau), explica a grande inércia térmica da água e seu papel regulador na temperatura da superfície da Terra. Os oceanos armazenam uma quantidade enorme de calor que redistribui pelas correntes oceânicas; a evaporação da água absorve energia no ambiente aquático e diminui a temperatura, a condensação do vapor nas gotículas nas nuvens devolve esse calor à atmosfera. Os corpos d'água na superfície do globo são verdadeiros ônibus térmicos para o clima.

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A densidade da água varia com a temperatura; aumenta quando a temperatura cai, mas a densidade máxima está em 4 ° C (0,997 g / cm3) e não em 0 ° como seria de esperar. Assim, mares e lagos congelam da superfície e não daí para o fundo, onde acumula, por fenômeno de estratificação, a água mais densa. A água no estado sólido é mais leve que a água líquida (densidade de gelo: 0,920 g / cm3).

A viscosidade da água depende de sua composição isotópica: a água pesada é 30% mais viscosa que a água comum. A viscosidade diminui primeiro com a pressão e depois aumenta depois.

O coeficiente de compressibilidade isotérmica da água é pequeno (4,9 a 10-5 por bar) e, como primeira aproximação, podemos considerar a água como incompressível. No entanto, as grandes depressões atmosféricas atuam no nível do mar, que aumenta durante as tempestades. A tensão superficial é alta: a água é um bom agente umectante (72 dine / cm); ele se infiltra e penetra todos os interstícios e poros das rochas, além de solos pelo fenômeno da capilaridade. Essa propriedade é fundamental para o armazenamento de água nos aquíferos, para a erosão da superfície das rochas (rebentamento sob o efeito do gelo: a passagem água-gelo desenvolve uma pressão de até 207 KPa). A forte tensão superficial também explica a forma esférica das gotas de água.

O estado físico da água depende da temperatura e pressão. A passagem de gás líquido é convencionalmente feita a 100 ° C à pressão normal, mas a 72 ° C apenas no cume do Everest (8 m). A temperatura de derretimento do gelo diminui com a pressão: sob o efeito de uma pressão, o gelo se torna líquido novamente: assim, os skatistas deslizam sobre uma fina película de água líquida formada sob o efeito da pressão do skate . O ponto triplo da água é de 848 ° C abaixo de 0,01 mbar.

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A água pode permanecer líquida abaixo do ponto de fusão do gelo: esse fenômeno de super-resfriamento pode ser mantido até uma temperatura de -40 ° C. É explicado pela ausência de germes para iniciar a cristalização sólida. Na natureza, o germe é fornecido por uma bactéria comum, Pseudomonas syringae. A manipulação genética desta bactéria permite retardar o congelamento de árvores frutíferas ou acelerar o congelamento para produzir neve artificial com mais facilidade.

Finalmente, a água é um excelente solvente que serve como veículo para a maioria dos íons na superfície do globo.

Propriedades químicas da água

A água é um excelente solvente que dissolve um número muito grande de sais, gases e moléculas orgânicas. As reações químicas da vida ocorrem em meio aquoso; organismos são muito ricos em água (até mais de 90%). Há muito tempo é considerado um solvente neutro envolvido pouco ou não em reações químicas. A diluição em água tornou possível, em particular, diminuir a atividade dos reagentes. De fato, a água é um agente químico muito agressivo que corre o risco de atacar as paredes do recipiente que a contém: em uma garrafa de vidro, os íons de silício passam pela água. A água pura pode existir do ponto de vista regulatório, ou seja, água sem contaminantes químicos e bacterianos, mas praticamente não existe do ponto de vista químico: até a água destilada contém traços de íons ou moléculas orgânicas retiradas de tubos e recipientes.

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Nas reações químicas, a água intervém primeiro por sua dissociação em prótons H +, freqüentemente associados ao H2O para formar prótons hidratados H3O + e em íons hidroxila OH-. É a razão entre esses 2 tipos de íons que determina o pH da solução (pH: logaritmo do inverso da concentração molar de H +). Muitos metais podem quebrar a água, produzindo hidrogênio e um hidróxido de metal.

A dissolução de íons (sais, ácidos, bases) é uma conseqüência da natureza polar da água. A concentração de íons em um sal caracteriza o produto de solubilidade. Os sais têm diferentes valores de produtos de solubilidade, o que explica o fenômeno da cristalização fracionada durante a evaporação de uma solução salina.Em pântanos salgados, a água do mar deposita primeiro o carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, depois cloreto de sódio e, finalmente, sais muito solúveis, como potássio, iodetos e brometos.

Uma propriedade importante na superfície da Terra é a dissolução do CO2, que produz um ácido fraco, o ácido carbônico, responsável pela alteração química de muitas rochas, em particular as rochas calcárias. A quantidade de CO2 dissolvido é uma função da pressão e uma função inversa da temperatura. O carbonato de cálcio pode ser dissolvido na forma de carbonato ácido e depois reprecipitado de acordo com as variações de temperatura e pressão, como no caso das redes cársticas.

Fonte: http://www.u-picardie.fr/

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