Água - Líquido irado

RKA11C Olá, pessoal! Aqui em nosso curso, nós gostaríamos de começar cada dia com uma saudável dose de água, em todas as suas três formas. A água é a única substância em todo o planeta Terra que encontramos naturalmente em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Para comemorar esta mágica ligação entre dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, hoje iremos exaltar as maravilhosas propriedades de manutenção de vida da água, mas vamos fazer isso um pouco mais vestidos! Ah, bem melhor! Quando começamos o nosso curso de Biologia, nós estávamos falando sobre a vida e sobre o importante fato de que toda vida que nós conhecemos depende da existência de água. Cientistas e astrônomos estão sempre olhando para o universo, tentando descobrir se há vida em outros planetas. Porque essa é a pergunta mais importante que temos agora! Os cientistas sempre se animam quando encontram água em algum lugar, particularmente a água líquida. Essa é uma das razões pelas quais eu e tantas outras pessoas ficamos muito surpresos em dezembro passado quando, depois de sete anos, a sonda rover Opportunity encontrou uma veia de 20 polegadas de comprimento de gesso, que foi quase certamente depositado ao longo de anos pela água líquida na superfície de Marte, isso provavelmente há bilhões de anos. Por isso, é difícil dizer se a água que estava lá resultou em alguma vida. Talvez possamos descobrir se sim ou não, isso seria realmente emocionante! Mas por quê? Por que pensamos que a água é necessária para a vida? Por que descobrir água em outros planetas nos deixa tão animados? Bem, vamos começar analisando algumas das incríveis propriedades da água, mas, antes disso, precisamos começar por isto aqui: a molécula mais popular do mundo! Pelo menos, a única molécula que todo mundo consegue memorizar... Todos nós a conhecemos bem, a boa e velha H₂O. Temos dois hidrogênios e um oxigênio. Os dois hidrogênios, cada um ligando-se a um elétron do oxigênio, pelo que nós chamamos de ligação covalente. Como você pode ver, eu desenhei minha molécula de água de uma maneira muito particular. Essa é uma representação de como ela realmente se parece: ela forma um "v", porque esse grande átomo de oxigênio atrai mais os elétrons para si. Ele tem uma carga parcialmente negativa, considerando que nesta área aqui, os átomos de hidrogênio têm uma carga parcialmente positiva. É graças a essa polaridade que as moléculas da água são atraídas entre si. Tanto que elas realmente ficam juntas umas às outras, por meio de interações chamadas de ligações de hidrogênio. Nós falamos sobre elas na última vez, mas, essencialmente, o que acontece é que o polo positivo ao redor dos átomos de hidrogênio interage com o polo negativo em torno dos átomos de oxigênio de outra molécula de água. Esse é um vínculo fraco, mas observe que eles estão ligados! Sério, não estou exagerando sobre a importância da ligação de hidrogênios. Quando o seu professor lhe perguntar o que é importante sobre a água, comece falando sobre as ligações de hidrogênio. Anote isso em letras maiúsculas e coloque estrelinhas ao redor, para não esquecer. Uma das propriedades mais legais que resulta dessas ligações de hidrogênio é a elevada coesão da água, o que resulta em uma alta tensão superficial. A coesão é a atração entre duas moléculas iguais, como a atração entre uma molécula de água e outra molécula de água. A água tem a maior coesão em comparação com qualquer líquido não metálico. Você pode observar isso colocando um pouco de água sobre o papel vegetal, teflon ou algo onde as gotas de água fiquem deste jeito. Algumas folhagens fazem isso muito bem, é bem legal de se ver! Uma vez que as moléculas de água se aderem fracamente ao papel vegetal ou às folhas de plantas e ligam-se fortemente entre si, elas mantêm essas gotas juntas em uma configuração que cria a menor quantidade de área de superfície, ao mesmo tempo em que têm uma alta tensão superficial. E isso permite que alguns insetos, acho que até mesmo alguns lagartos, consigam andar sobre a superfície da água. É claro que a força coesiva da água tem seus limites. Existem outras substâncias às quais a água gosta de se aderir: o vidro, por exemplo. Nós chamamos isso de adesão. A água está se espalhando aqui, em vez de ficar juntinha, porque as forças adesivas entre a água e o vidro são mais fortes que as forças coesivas entre as próprias moléculas de água. A adesão é a atração entre duas moléculas diferentes, nesse exemplo, entre as moléculas de água e as moléculas do vidro. Essa propriedade faz parte da minha linha de coisas favoritas sobre a água pelo fato de que a água pode desafiar a gravidade. Essa coisa incrível que acabamos de ver é chamada de ação capilar. Explicar como isso ocorre fica mais fácil quando já sabemos o que é coesão e adesão. Graças à adesão, as moléculas de água são atraídas pelas moléculas do tubo. Como as moléculas de água se aderem ao tubo, outras moléculas são extraídas por coesão, seguindo as demais moléculas de água. Obrigado, coesão! A tensão superficial existente possibilita que a água suba pelo tubo. Ela continuará subindo até que a gravidade a puxe para baixo e o peso da água fique maior que a tensão superficial. O fato de que a água é uma molécula polar, também a torna realmente boa em dissolver coisas, e é por isso que falamos que ela é um bom solvente ideal. Risque isso. A água não é um bom solvente, é um solvente incrível! Existem mais substâncias que podem ser dissolvidas em água do que em qualquer outro líquido. E, sim, isso inclui os ácidos mais fortes que já criamos. Essas substâncias que se dissolvem em água, como o açúcar ou o sal, são aquelas com as quais estamos familiarizados. Elas são chamadas de hidrofílicas, elas são hidrofílicas porque são polares. A polaridade delas é mais forte que as forças coesivas da água. Quando colocarmos uma dessas substâncias polares na água, ela será forte o bastante para quebrar as forças coesivas, ou seja, todas essas fracas ligações de hidrogênio. E, em vez de formar ligações de hidrogênio entre si, a água irá formar ligações de hidrogênio em torno dessas substâncias polares. O sal de cozinha é iônico, e agora está sendo separado em íons com os polos das moléculas de água interagindo com eles. Mas o que acontece quando uma molécula não pode quebrar as forças coesivas da água? Quando não pode interagir com a água? Basicamente, o que acontece quando essa substância não pode superar as forças coesivas da água, não consegue separar as moléculas de água? Quando isso ocorre, nós dizemos que essa é uma substância hidrofóbica. Isso mesmo, que tem medo de água! Essas moléculas carecem de polos carregados. Elas são apolares e, portanto, não se dissolvem em água, porque, basicamente, elas estão sendo repelidas pelas forças coesivas da água. Nós podemos dizer que a água é o solvente universal, mas isso não significa que ela dissolve tudo! Houve muitos cientistas excêntricos ao longo da história, e toda essa conversa a respeito de água me fez pensar sobre, talvez, o mais excêntrico dos excêntricos, um homem chamado Henry Cavendish. Ele se comunicava com suas empregadas apenas por meio de bilhetes. Além disso, construiu uma escada na parte de trás da casa dele para evitar contato com a governanta. Alguns acreditam que ele possa ter tido algum grau de autismo, mas muitos irão admitir que ele era um gênio científico. Ele é, muitas vezes, lembrado como a primeira pessoa a reconhecer o gás de hidrogênio como uma substância distinta, e por determinar a composição da água. Em 1700, a maior parte das pessoas pensava que a água era formada por um único elemento, mas Cavendish observou que o hidrogênio, que ele chamava de ar inflamável, reagia com o oxigênio, conhecido pelo impressionante nome "ar desflogisticado", para formar a água. Cavendish não entendia totalmente o que ele havia elucidado, em partes, porque ele não acreditava em compostos químicos. Ele explicou suas experiências com hidrogênio em termos de um elemento semelhante ao fogo chamado de ar flogisticado. Sem dúvida, suas experiências foram inovadoras, como, por exemplo, em seu trabalho sobre a determinação da gravidade específica, basicamente comparando a densidade do hidrogênio e outros gases como referência para o ar comum. Isso é impressionante quando consideramos os instrumentos rústicos que ele usava para trabalhar! Isto, por exemplo, é o que ele fez com o gás hidrogênio. Ele continuou não apenas estabelecendo uma composição para a atmosfera, como também determinou a densidade da Terra, o que não é nada mau para um cara que era tão dolorosamente tímido. O único retrato existente dele foi esboçado sem o seu conhecimento. Para todas as suas décadas de experiências, Cavendish publicou apenas cerca de 20 artigos. Nos anos após a sua morte, pesquisadores descobriram que Cavendish tinha a lei de Richter, a lei de Ohm, a lei de Coulomb e várias outras leis pré-desenvolvidas. Se ele tivesse publicado todas as suas pesquisas, nós teríamos que estudar a quarta lei de Cavendish e a oitava lei de Cavendish. Mas ainda bem que ele não publicou, não é mesmo? Agora, nós vamos fazer alguns experimentos científicos incríveis. Você nem vai acreditar nisto. Você está pronto? Ele flutua! Ok, acho que você não ficou tão surpreso, mas deve ser porque qualquer coisa quando está sólida é muito mais densa do que quando está líquida, assim como os gases são muito menos densos do que os líquidos. Mas uma simples característica da água faz com que sua forma sólida flutue, e essa também é uma das razões porque a vida neste planeta, como a conhecemos, é possível. Que característica faz com que a água sólida seja menos densa do que a água líquida enquanto todas as outras coisas são totalmente o oposto disso? Bem, novamente, podemos agradecer às ligações de hidrogênio. Em cerca de 32 graus Fahrenheit ou zero graus celsius, se você é um cientista ou de uma parte do mundo onde essas coisas fazem sentido, as moléculas de água começam a solidificar, e as ligações de hidrogênio nessas moléculas de água formam estruturas cristalinas. Espacialmente, as moléculas estão uniformemente distribuídas, e isso faz com que a água sólida seja menos densa que a sua forma líquida. Assim, em qualquer circunstância, a água sólida flutua, e isso é uma coisa realmente boa. Se o gelo fosse mais denso que a água, assim que se solidificasse, ele afundaria. Então, apenas confie em mim: você não vai querer viver em um mundo onde o gelo afunda. Não só iria causar danos horríveis ao ecossistema aquático, que é exatamente onde a vida na Terra começou, como todo o gelo no Polo Norte iria afundar. Então, toda a água, em todos os lugares, iria se elevar. Nós não teríamos qualquer terra seca, e isso seria horrível. Há mais uma propriedade da água da qual estou esquecendo. Por que está tão quente aqui? Capacidade térmica! Sim, a água tem uma capacidade térmica muito alta e, provavelmente, isso não quer dizer nada para você. Mas, basicamente, significa que a água é realmente boa em reter calor. Razão pela qual adoramos colocar garrafas de água quente em nossa cama, e abraçá-las em diversas noites frias. Além de aquecer artificialmente sua cama, também é muito importante, pois torna difícil o aquecimento ou resfriamento dos oceanos de forma significativa. Já que eles são gigantes dissipadores de calor que regulam a temperatura e o clima do nosso planeta, temos uma razão, por exemplo, porque é muito mais agradável estar em Los Angeles, onde o oceano está constantemente mantendo as temperaturas iguais, do que, por exemplo, no Alasca. Em uma escala menor, podemos ver que a alta capacidade térmica da água fica mais fácil de se observar. Colocando uma panela sem água em um fogão, podemos perceber que ela aquece rapidamente, mas ao colocarmos um pouco de água, vai levar uma eternidade para a água ferver. Se você ainda não percebeu, quando a água evapora de sua pele, ela está te resfriando. Esse é o princípio por trás da transpiração, que é extremamente eficaz, embora às vezes seja um pouco embaraçoso... Mas isso faz parte da vida, e esse é um outro ótimo exemplo das coisas legais sobre a água! Quando o meu corpo fica quente e transpira, o calor excita algumas das moléculas de água na minha pele até o ponto em que as ligações de hidrogênio sejam quebradas e a água evapore. Quando isso ocorre, a água retira energia em forma de calor do meu corpo, deixando ele mais frio. Incrível, mas eu não estou me exercitando, não sei por que estou suando tanto. Será que alguém desligou o ar condicionado? Ou, talvez, seja porque eu estou um pouco agitado, tentando ensinar um pouco sobre essas coisas para você!