Por exemplo, a água é a única substância que possui densidade igual a 1,0 g/cm 3 , congela em 0ºC, ferve em 100 ºC, em condições normais de temperatura e pressão.

Propriedades únicas da água: sua estrutura molecular

A Figura 2.6 mostra o diagrama termodinâmico de fases da água pura. De particular relevância é que as condições de pressão e temperatura da Terra no diagrama de fase estão localizadas em uma região em torno dos limites entre as três fases. E de fato, o sistema terrestre é o único em que a água existe nas suas 3 fases, gelo sólido, água líquida e vapor d’água, comparado as condições nos outros planetas.

O diagrama de fases da água define o domínio no espaço pressão-temperatura correspondente a uma fase particular da água, assim como os limites das transições entre as diferentes fases que envolvem troca de energia (calor latente, \(\lambda\) ). As curvas representam condições de equilíbrio onde duas fases da água podem coexistir e a interseção de todas as três curvas é o ponto triplo (0,01 °C, 0,612 kPa). A curva de equilíbrio entre sólido e líquido representa fusão (ou congelamento) , a curva entre líquido e vapor representa evaporação (ou condensação) e a curva entre sólido e vapor representa sublimação (ou deposição). As mudanças entre fases ocorrem a temperatura constante (e.g.: quando gelo derrete sua temperatura permanece a 0 °C). Entretanto, acima de um certo ponto, chamado ponto crítico (374°C), a distinção entre líquido e vapor não existe, independente da pressão (estado chamado super fluído).

Figura 2.6: Diagrama de fases da água mostrando suas fases em função da temperatura e pressão. As linhas sólidas indicam as curvas de equilíbrio entre as fases. AB: curva de sublimação/deposição , BC: curva de evaporação/condensação , BD: curva de fusão/congelamento. B indica o ponto triplo da água , no qual as 3 fases da água coexistem em equilíbrio. A indica o ponto crítico. \(\lambda_ \) : calor latente de fusão, \(\lambda_ \) : calor latente de vaporização, \(\lambda_ \) : calor latente de sublimação. Adaptado de OpenStax, ‘Diagramas de fase’.

As mudanças de fase da água estão associadas a um absorção/liberação considerável de energia na forma de calor latente. Esta energia não muda a temperatura da água, somente seu estado molecular. Esta é uma das principais razões pelas quais a água e o ciclo hidrológico são de importância primária para o sistema climático.

Propriedades únicas da densidade da água

A menor densidade do gelo (917 kg m -3 ) em comparação a água líquida ( \(\approx\) 1000 kg m -3 ) (Figura 2.7 ) é devido a maneira como as pontes de Hidrogênio são arranjadas quando água congela. No gelo, as moléculas tendem a se separar mais umas das outras do que na água líquida. Isso significa que a água se expande quando congela (maior de volume, menor densidade).

Na Figura 2.7, é apresentada a variação da densidade da água e do gelo em relação à temperatura.

A capacidade do gelo de flutuar na superfície dos lagos, em vez de afundar, é uma propriedade única da água. Essa característica especial permite que a vida aquática seja sustentada em maiores profundidades. Para compreender melhor esse comportamento peculiar da água, você pode conferir a animação apresentada na Figura 2.8.

A capacidade incomum da água de diminuir a temperatura de fusão com o aumento da pressão é explicada por essa propriedade anômala.

Propriedades únicas da água: Capacidade térmica

A capacidade térmica é a quantidade de energia necessária para aumentar ou diminuir em 1 °C a temperatura de uma determinada massa de substância. No caso da água, o seu calor específico (cp) a 0 °C é de aproximadamente 4216 J kg -1 K -1 , cerca do dobro do solo. É importante ressaltar que assim como outras propriedades da água, esse valor pode variar conforme a temperatura, como demonstrado na tabela abaixo.

Na tabela abaixo, são apresentados valores de temperatura, densidade e capacidade térmica para diferentes temperaturas. Os dados foram obtidos em experimentos e representam as propriedades físicas de uma substância específica.

Temperatura (°C) | Densidade (Kg m -3 ) | Capacidade térmica (J Kg -1 K -1 )

0 | 999.87 | 4216

15 | 999.13 | 4184

30 | 9995.67 | 4177

Esses valores fornecem informações importantes sobre como a substância se comporta em diferentes condições de temperatura. A densidade é a medida da quantidade de massa presente em um determinado volume, enquanto a capacidade térmica indica a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura dessa substância por uma unidade.

É importante ressaltar que esses dados são específicos para essa substância em particular e podem variar para outras substâncias ou mesmo dentro do mesmo material, dependendo das condições ambientais.

A capacidade de calor específico da água é a maior entre todas as substâncias conhecidas, o que a torna uma propriedade crucial para o clima na Terra. Essa característica permite que ela atenue as mudanças de temperatura. Quando a energia solar penetra na atmosfera terrestre e alcança a superfície, grande parte dela é absorvida pela água presente nos oceanos e lagos. A alta capacidade de calor da água significa que ela pode absorver essa energia com apenas pequenas variações de temperatura. Se não houvesse água no planeta, ele aqueceria muito mais rapidamente com a mesma quantidade de energia recebida do sol.

Outro exemplo interessante é como nosso próprio corpo utiliza-se da alta capacidade de calor da água para regular sua temperatura interna dentro dos limites necessários para um funcionamento saudável.

Propriedades únicas da água: calor latente

No diagrama de fases vimos que energia é necessária para derreter gelo e evaporar água. Esta energia não muda com a temperatura da água, mas sim seu o estado molecular. Por isto essa energia é chamada calor latente. Ela fica armazenada nas moléculas de água e é liberada no processo reverso, como por exemplo, quando o vapor d’água condensa para forma líquida.

O calor latente de vaporização é a quantidade de energia necessária para transformar água líquida em vapor, ou liberada quando o vapor se condensa em líquido. Em condições normais (T = 0 °C), o valor do calor latente de vaporização é de aproximadamente 2,5 × 106 J/kg. Essa propriedade da água tem uma importância significativa.

A variação da palavra-chave com a temperatura pode ser expressa como 2,25 x 106 J kg -1 a uma temperatura de 100° C. No entanto, para a maioria das aplicações, podemos utilizar um valor nominal.

O calor latente de fusão (Lf) é a quantidade de energia necessária para transformar o gelo em água líquida, ou liberada quando ocorre a conversão do líquido em gelo. Esse valor é aproximadamente 3,34 × 105 J kg -1 e é significativamente menor que o calor latente de vaporização.

O calor latente de sublimação (Ls) é a energia consumida na transformação do gelo em vapor d’água (ou liberada na conversão do vapor em sólido) e possui um valor nominal de Ls = 2,85 × 106 J kg -1.

Propriedades únicas da água

A água possui três propriedades exclusivas que a tornam única e essencial para a vida como a conhecemos. A primeira propriedade é sua natureza polar, o que significa que ela tem uma carga positiva em um extremo da molécula e uma carga negativa no outro. Essa polaridade permite que as moléculas de água formem pontes de hidrogênio entre si.

Essas pontes de hidrogênio são responsáveis por várias características únicas da água. Por exemplo, elas explicam por que a água tem menor densidade na forma sólida do que na forma líquida. Quando congelada, as moléculas de água se organizam em uma estrutura cristalina com espaços vazios entre elas, resultando em um aumento do volume ocupado pela substância.

Outra propriedade exclusiva da água é seu alto calor latente e capacidade térmica. O calor latente é a quantidade de energia necessária para mudar o estado físico de uma substância sem alterar sua temperatura. No caso da água, essa quantidade é alta porque as pontes de hidrogênio precisam ser rompidas antes que as moléculas possam se mover mais rapidamente e aumentar sua temperatura.

A capacidade térmica também está relacionada às pontes de hidrogênio presentes na água. Ela indica quanta energia térmica pode ser absorvida ou liberada pela substância sem causar grandes variações em sua temperatura. Isso faz com que a água seja capaz de armazenar grandes quantidades de calor sem sofrer mudanças significativas em sua própria temperatura.

P.S.: É importante ressaltar que além dessas propriedades mencionadas, a água também possui outras características únicas, como coesão e adesão (que permitem que ela suba contra a gravidade em plantas), alta viscosidade (o que facilita o transporte de nutrientes no corpo humano) e tensão superficial (que permite que alguns insetos andem sobre a superfície da água). Além disso, sua capacidade solvente é fundamental para diversas reações químicas vitais para os seres vivos.

As 3 propriedades específicas da água

A água é uma substância essencial para a vida no planeta Terra, possuindo características únicas que a tornam indispensável para os seres vivos. Uma das propriedades exclusivas da água é sua capacidade de dissolver substâncias. Essa característica permite que ela atue como um solvente universal, sendo capaz de dissolver diversos compostos químicos e transportá-los pelo organismo dos seres vivos.

Além disso, a água contém nutrientes orgânicos e inorgânicos em sua composição. Esses nutrientes são fundamentais para o funcionamento adequado do metabolismo dos organismos vivos. A presença dessas substâncias na água contribui para o equilíbrio bioquímico necessário à sobrevivência das espécies.

Outra propriedade exclusiva da água é sua abundância na forma líquida. Enquanto muitas outras substâncias encontradas na natureza podem existir apenas nos estados sólido ou gasoso em condições normais de temperatura e pressão, a água se encontra predominantemente no estado líquido nas condições presentes na superfície terrestre. Isso possibilita uma série de processos biológicos vitais, como o transporte de nutrientes e gases pelos organismos vivos.

Número de propriedades da água

1. Existência nos três estados: A água é única por ser encontrada naturalmente nos estados sólido (gelo), líquido e gasoso (vapor) em temperaturas comuns na Terra.

2. Pontos de fusão e ebulição: A água congela a 0°C e ferve a 100°C ao nível do mar, o que também é uma característica incomum para uma substância tão comum.

3. Densidade do gelo: Ao contrário da maioria das substâncias, quando a água se solidifica formando gelo, sua densidade diminui. Isso faz com que o gelo flutue na forma líquida, permitindo que lagos e oceanos congelem apenas superficialmente durante os meses mais frios.

Essas são as três propriedades únicas da água que tornam essa substância essencial para a vida como conhecemos no planeta Terra.