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Água, formação, desintegração e propriedades
Conceituando:
“Uma das substâncias mais simples, porém a mais importante. A água é, sem dúvida, o mais comum e mais importante de todos os compostos. As propriedades da água são extremamentes peculiares: a água sólida (gelo) é menos densa do que o liquido - por esta razão, o gelo bóia sobre a água liquida. Embora extremamente trivial, é exatamente o oposto do observado na grande maioria das substâncias.
TODOS OS COMPOSTOS ANÁLOGOS À MOLÉCULA DE H2O SÃO GASES. Se não conhecêssemos a água, certamente iríamos deduzir que ela seria um gás.
A forte e extensa ligação hidrogênio entre as moléculas produz um valor muito alto de certas propriedades físicas, tais como temperatura de ebulição, viscosidade, tensão superficial, calor especifico, entre outros.”
Aos leitores mais desatentos que já decorreram com este fragmento de artigo na internet, pode parecer que a água é uma substância simples. Ao designá-la desta maneira, pode parecer que se trata de uma substância formada por átomos de um único elemento químico, sendo então o oposto ao que ela verdadeiramente é: SUBSTÂNCIA COMPOSTA.
Pode parecer que há um erro em: "Uma das substâncias mais simples, porém a mais importante", mas o simples do artigo se refere ao português, no sentido de TRIVIAL. Se a frase fosse: "Uma das substâncias simples mais importantes" teríamos um erro grave de conceitos.
A água suporta pressões e temperaturas extremas sem libertar os gases que a constituem; mas até quando?
Um caso a parte e bastante interessante é o extintor do tipo A que já esta fora de linha. Este extintor é de H2O submetido à elevada pressão (cerca de 1X10^5 Kgf/cm²) em uma capacidade máxima de 10L de H2O pressurizada e mesmo assim temos a certeza de que há água lá dentro; então, até que temperatura e/ou pressão a água suporta? Qual seria a temperatura e a pressão estopim para que a água se desintegrasse em H2 e O2?
De acordo com o livro Química e Bioquímica, GEOGE I. SACKHEIM & DENNIS D. LEHMAN, temos a informação que “uma vez formada, a molécula da água é bastante estável e só começara a se decompor novamente a uma temperatura de 1600 °C”.
A pressão não é informada, mas interpreta-se que seja 1 atm e partindo do princípio que a informação desses autores esteja correta podemos concluir que, fora a eletrólise, não é fácil "quebrar" a molécula da água, consequentemente mais complicado será encontrar água LÌQUIDA no espaço a fora do planeta terra, mais particularmente nas estrelas, onde a temperatura chega as proximidades de 6000°C.
É possível ter água líquida no espaço?
Quanto maior a altitude, menor é a pressão devido à diminuição da camada de ar sobre o sistema, consequentemente a temperatura de Fusão da água (100°C) é inferior a normal segundo a CNTP. Pensando um pouco mais adiante podemos assimilar este raciocínio com a decomposição da água, mesmo sabendo que não seria possível apresentar água líquida a uma pressão baixíssima!
Então, pensando um pouco mais adiante: Uma pressão relativamente baixa acarreta em uma expansão do volume, e isso é indiretamente proporcional à densidade, ou seja, quando o volume é bem grande, a densidade é pequena. A água com baixa densidade está no estado gasoso, devido o grande volume proporcionado pela pequena pressão sobre ela!
Por outro lado também temos que quando o volume da água é grande, a cinética química é mais eficaz e os choques entre os constituintes acontecem a todo vapor, isso aumenta a Temperatura. Ou seja, a temperatura aumenta quando os choques são efetuados com mais freqüência, e isso só ocorre em um volume relativamente grande, logo a Densidade é pequena, temos estado gasoso novamente.
Acredito que a molécula da água possa sobreviver fora da terra desde que não se aproxime muito do sol, porque aí a alta temperatura poderá "quebra-la", e se ela aproximar ainda mais os núcleos do Hidrogênio e Oxigênio, estes perderão seus elétrons.
Produção de água no dia-a-dia:
A produção de água de maneira inconsciente é uma atividade comum de todos os nossos dias, como por exemplo, a queima da gasolina, do gás de cozinha, das árvores, do etanol..., todas estas substâncias possuem Hidrogênio que na queima combina-se com o Oxigênio da atmosfera para formar a água. Este produto formado pode ser claramente comprovado quando “acendemos” o gás do fogão na cozinha e o vidro fica embaçado com a condensação da água, ou quando acendemos um palito de fósforo e à medida que a chama consome a madeira, uma gota de água se forma ao redor da madeira ainda sem chama.
Os exemplos dados acima formam água em pequenas quantidades. Na queima de qualquer reagente, a oxidação é um reação que dá como produto a água, desde que este reagente tenha Hidrogênio na sua composição. Com o calor que se tem como produto da reação de oxidação, esse Hidrogênio se interage com o Oxigênio do ar e forma-se água; muita das vezes esta nem chega a ganhar forma líquida, pois se a temperatura chegar a ser extrema a água ganha estado de vapor e não observamos a formação do líquido.
Decomposição via eletrólise:
Para decompor a água, por meio de um procedimento eficaz, utiliza-se a eletrólise (eletro = eletricidade; lise = quebra), que consiste na passagem de uma corrente elétrica contínua pela água (eletrólito), por intermédio de eletrodos, desde que a mesma esteja conduzindo corrente elétrica, pois a água pura não é um eletrólito forte. Para tornar a água condutora, basta solubilizar à mesma qualquer tipo de sal com alto grau de ionização.
A eletrólise se enquadra em um tipo de reação química chamada decomposição, que é quando uma substância composta se desdobra em outras substâncias simples ou compostas. No caso da eletrólise da água, temos a água como substância composta se transformando em duas substâncias simples (O2 & H2).
Diz-se que a água se decompõe quando é efetuada a quebra das ligações entre átomos de Hidrogênio e Oxigênio e por meio da eletrólise, os átomos livres procuram reagir novamente para formar novas moléculas. Se as ligações químicas de duas moléculas de água forem quebradas formam-se duas moléculas de Hidrogênio e uma de Oxigênio conforme a reação:
2H2O ==Corrente elétrica==> 2H2 + O2
O Procedimento da eletrólise não é complicado, tudo se torna mais árduo na aplicação da voltagem correta para a decomposição da amostra. O livro para didático Tio Tungstênio, OLIVER SACKS. Cia das letras 2002, p. 166 descreve que "Farday calculou(...)que teria sido necessária a tremenda carga de 800mil jarros de Leyden(...)para decompor uma única gota de água, algo que podia ser feito com uma minúscula e simples pilha de 1Volt".
Adiciona-se ácidos, bases ou sais à água para torná-la eletrolítica, pois somente desta forma será permitido a decomposição. Adicionando, por exemplo, NaOH, ocorrerá a dissociação (separação em íons (cargas viajantes) Na+ & OH-) que por diferença de cargas transmitirá a corrente elétrica de um eletrodo ao outro.
Cuidados ao reagir ácidos com a água:
Quando se adiciona ácido sobre a água, os íons H3O+ após serem formados via ionização, migram para o interior da solução, diluíndo-se cada vez mais e a energia é dissipada numa área maior da solução.
Quando é adicionando água sobre o ácido, o ácido migra em direção da coluna d’água que está sendo adicionada e dessa forma toda a energia proveniente da ionização fica concentrada nas proximidades da coluna d’água.
A grande diferença ocorre no sentido de migração dos íons após sua formação. No caso da adição de água no ácido, os íons H3O+ depois de formados migram pela coluna d’água, que a cada gota adicionada, mais se dilui o ácido e maior a energia é liberada (maior a estabilidade).
Obtenção via conflagração de Hidrogênio:
Ao inflar um balão de festas com H2, amarra-lo em algum instrumento (cabo de vassoura, por exemplo) que te deixe longe dele, acender uma vela e conduzir o balão até à chama acontecerá uma explosão. O mais interessante é que a energia da combustão do H2 é tão alta que ele reage com o Oxigênio do ar formando a água, que aparece na forma de gotículas na parede do balão.
Um ajuste considerável a fazer neste experimento é colocar a vela dentro de uma câmara arejada com um orifício para passagem do cabo de vassoura/balão. Assim quando houver a conflagração, o vapor de água que sobe, irá condensar no teto da câmara. Se o experimento for feito consecutivas vezes chegará um ponto que essas gotículas de água cairão no fundo da câmara. Uma observação importante é que se forem usadas mais de uma vela, o volume da caixa também deve ser maior para torná-la mais arejada, uma vez que duas velas consomem mais Oxigênio, o que irá influenciar na formação de água.
Obtenção via reação de ácido e base de Brönsted-Lowry:
Podemos obter, e obtemos sempre, água se reagir um ácido e uma base. Assim teremos um água e sal, que podem ser separados posteriormente por destilação simples e uma boa quantidade de água pode ser formada de acordo com a quantidade dos reagentes que for manipulado, levando em consideração que é mais fácil aumentar a quantidade de ácido e/ou base do que a quantidade de Oxigênio como no exemplo da conflagração do Hidrogênio.
As clássicas reações são chamadas de neutralização ou salinificação, porque dá como produto um Sal e água, sempre:
HCl + NaOH ==> H2O + NaCl
H2SO4 + Ca(OH)2 ==> 2H2O + CaSO4
HCl + NaOH ==> H2O + NaCl
H2SO4 + Ca(OH)2 ==> H2O + CaSO4
Se não existir H2O não existe ácido?
Esta pergunta, na maioria das vezes, é feita por qualquer pessoa que estude os ácidos de acordo com o conceito de Brönsted-Lowry, que diz que um ácido reage com uma base em uma reação de protólise, liberando H3O+ e o ânion do ácido. Existem métodos e métodos de obtenção de ácidos; o HCl, por exemplo, pode ser formado mesmo na ausência de água conforme os dois mecanismos ilustrativos a seguir:
Submetendo H2 a uma combustão em ambiente rico em Cloro:
H2 + Cl2 ==> 2HCl
Gotejando ácido Sulfúrico sobre sal de cozinha em um sistema fechado:
H2SO4 + NaCl ==> HCl + NaHSO4
Já o ácido Sulfúrico pode ser obtido pela ração de Oxido de Enxofre III com água, ou seja, este ácido, para ser formado, requer água como reagente:
SO3 + H2O ==> H2SO4
Assim como:
SO2 + H2O ==> H2SO3
2NO2 + H2O ==> HNO2 + HNO3
Uma observação importante é que para obter este ultimo ácido, o ácido Nítrico, pode-se utilizar este método descrito acima ou também por um método que não utiliza água e por esse exemplo à resposta da pergunta "Se não existir H2O não existe acido?" é negativo.
NaNO3 + H2SO4 ==> NaHSO3 + HNO3
Obtenção via reação de ácido e óxido básico ou base e óxido ácido:
Os óxidos são classificados em duas categorias: Óxidos ácidos e Óxidos básicos. Os óxidos básicos, geralmente, são formados pelo elemento Oxigênio ligado quimicamente a um metal, exemplos: CaO (cal viva) e Fe2O3 (ferrugem) etc....
Quando os óxidos básicos reagem com ácidos, formam água e sal, sendo que este ultimo pode ser retirado posteriormente por destilação simples.
CaO + H2SO4 ==> H2O + CaSO4
Os óxidos ácidos, geralmente, são formados pelo elemento Oxigênio ligado quimicamente a um ametal, exemplos: SO3, CO2 e etc.... Quando os óxidos ácidos reagem com bases, também formam água e sal:
CO2 + 2KOH ==> K2CO3 + H2OSobre o Autor
Matheus Venturini Almeida é graduando em Química Licenciatura Plena pela Fundação Universidade de Itaúna, com previsão de conclusão de curso para dezembro de 2008.
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Comentários (1)
Avaliado porPaulo Roberto, dezembro 19, 2007
Gostei do artigo. Parabéns!
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Matheus Venturini Almeida