Água na Natureza – As fases da água e seus estados físicos

No último post tratamos da utilidade da água para os seres vivos, no corpo humano, na indústria, enfim como ela é importante para vida em nosso planeta.

Por isso, neste post vamos trabalhar a água na natureza. Você deve se lembrar que na natureza a água se apresenta de três formas diferentes: sólida, líquida e gasosa. Na natureza as substâncias em geral podem ser encontradas em um desses três estados. Eles também podem ser chamados de fases da matéria ou estados de agregação da matéria. Em cada fase ou estado, as substâncias têm características moleculares diferentes. Para quem não lembra, matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e tem massa.

Você deve lembrar também, que a molécula da água é o H2O, ou seja, dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Ela pode se organizar de formas diferentes, que é o que vai diferenciar cada estado físico da água. A mudança do estado físico da água se dá também pelo recebimento ou perda de calor que a água recebe, ou seja, o calor afasta as moléculas e o frio ou resfriamento junta as mesmas.

Veja a imagem a seguir mostrando a disposição das moléculas em cada estado:

A água que estiver no estado sólido pode passar para o estado líquido e vice-versa. E também a água que estiver no estado líquido passar para o estado gasoso e vice-versa, por isso pode-se dizer que as fases da água são reversíveis. A água é capaz de mudar de uma fase para outra de acordo com as condições do ambiente. Como no caso do ciclo da água(inserir aqui link do post 11 – O Ciclo da Água – Ciclo Hidrológico), que há constante movimentação das moléculas. Aprenderemos mais no decorrer deste post.

Estado Sólido:

Vamos lá, a fase sólida ou estado sólido da água é denominado gelo, que pode ser encontrado em grandes quantidades nos polos do planeta formando extensas geleiras. A Antártida, por exemplo, é uma região muito fria, que rodeia o Polo Sul, onde as montanhas e águas estão cobertas com uma camada bem espessa de gelo. Também é possível encontrar água no estado sólido de forma artificial, quando colocamos água no congelador da nossa casa, e esta se transforma em gelo.

No estado sólido a água possui uma forma definida. Toda substância na fase sólida possui forma e volume definidos. Veja se consegue compreender, se está no estado sólido, quer dizer que está firme, sendo assim terá uma forma definida e volume também.

Se você pegar um cubo de gelo do seu congelador, e retirá-lo da forminha de gelo (porém manter o gelo no congelador, por causa da temperatura), verá que a água no estado sólido, não vai mudar sua forma (ou formato), nem o volume do cubo de gelo irá mudar, ou seja, aquele cubo de gelo continuará do mesmo tamanho e a quantidade de água (volume) será a mesma.

Outro exemplo bem legal da água na forma física sólida, são os icebergs. Com certeza você já deve ter assistido ao filme Titanic, e viu quando o maior e mais luxuoso navio da época, colidiu com um iceberg. Icebergs são imensos blocos de gelo que se desprendem das geleiras e podem se deslocar pelos mares. Você sabia que cerca de 90% da massa do iceberg fica submersa?

Estado Líquido:

Nosso planeta é conhecido também como Planeta Azul, Planeta Água . A água no estado líquido encontramos nos oceanos, mares, rios, lagos, formando os lençóis freáticos e até nas nuvens.

Podemos encontrar também ao abrir o chuveiro e as torneiras de casa. Mas a maior parte da água em estado líquido se concentra nos mares e oceanos. São três partes de água para uma parte de terra. Na superfície coberta de água caberiam aproximadamente 43 países do tamanho do Brasil, porém aproximadamente apenas 2,5% dessa água é potável.

Diferente do estado sólido, a água no estado líquido não possui uma forma definida, mas possui uma forma variável e volume determinado, ou seja, se determinada quantidade de água for mudada de lugar, sua forma vai mudar, porém o volume será o mesmo. Por exemplo, se você pegar uma garrafa de 1 litro de água e despejar a água em uma jarra ou um vaso, seja qual for o recipiente, a água que estava na garrafa vai ficar com a forma da jarra ou do novo recipiente que você a colocar, mas o volume de água será o mesmo, continuará sendo 1 litro.

Estado Gasoso:

No ar atmosférico, a água é encontrada como vapor de água. Nessa fase a água é invisível.

Por isso é importante ressaltar que aquela fumacinha que você vê sair da chaleira quando está com a água fervendo ou quando abrimos a tampa de uma panela quente não é água na forma gasosa, e sim na forma líquida, pois são minúsculas gotas que flutuam no ar.

Na fase gasosa a água tem forma e volumes variáveis, ou seja, possuem a forma do lugar onde estão e ocupam todo volume que estiver disponível. Para se ter uma ideia, o ar que respiramos possui água na forma de vapor!

O Vapor de Água é responsável pela umidade do ar e pela formação das nuvens. A quantidade de vapor de água que o ar pode conter vai depender da temperatura do ambiente, ou seja, determinado volume de ar pode conter mais vapor de água à medida que a temperatura aumenta, já que o aumento de temperatura provoca a evaporação da água de rios e lagos por exemplo.

Para você poder compreender um pouco mais em como a organização das moléculas influencia no estado físico da matéria. No site Planeta Biologia, explica o seguinte:

Toda matéria é formada por partículas, chamadas átomos. Os átomos por sua vez têm capacidade de realizar ligações originando assim moléculas. Quando as moléculas estão no estado sólido, elas se movimentam pouco e ficam bem próximas umas às outras. Ao contrário, no estado gasoso, as moléculas se movimentam bastante em comparação ao estado sólido e também estão mais distantes uma das outras. O meio termo fica com o estado líquido. As moléculas têm maior força de atração que no estado gasoso e menos que no estado sólido.

Bem, agora que aprendemos sobre os estados físicos da água, vamos aprender mais sobre as mudanças de fases da água e suas aplicações.

As mudanças de fases ou mudanças de estados da água

A água pode mudar de fase de acordo com as condições de temperatura e pressão. Lembra, que no começo do post falamos que a mudança de estado da água vai depender das condições do ambiente? Então, quanto maior for a temperatura, mais a água tende a passar do estado (ou fase) sólido para líquido e do líquido para gasoso. Já em relação à pressão, acontece o contrário, quanto maior for a pressão, mais á água tende a passar do estado (ou fase) gasoso para o estado líquido e do líquido para o sólido.

Vamos então as mudanças de fase da água:

Fusão

Você já percebeu que ao deixar um cubo de gelo fora do congelador, ele derrete não é mesmo? Essa mudança da fase sólida para fase líquida chama-se fusão.

Segundo o portal Só Biologia (portal de Ciências e Biologia que mais cresce no Brasil. Dá uma olhadinha lá, tem uns artigos bem interessantes!) é a passagem, provocada por um aquecimento, do estado sólido para o estado líquido. O aquecimento provoca a elevação da temperatura da substância até ao seu ponto de fusão. O ponto de fusão indica a temperatura que um sólido se funde, ou seja, quando se transforma de sólido em líquido.

Por exemplo, a temperatura de 0 ºC é o ponto de fusão do gelo. Assim, o bloco de gelo permanecerá a 0ºC até derreter completamente, para só depois sua temperatura começar a se elevar para 1ºC, 2ºC etc.

Em geral, toda substância tem seu ponto de fusão. Sendo assim, podemos citar como exemplo, o ponto de fusão do ferro que é 1535 ºC e do tungstênio (metal muito usado como filamentos de lâmpadas) é 3410 ºC.

Nas temperaturas abaixo de O ºC, a água se mantém na fase sólida. Ela permanece líquida acima de 0 ºC até 100 ºC.

Solidificação

É a passagem do estado líquido para o estado sólido, através de arrefecimento (resfriamento). É quando por exemplo, você deixa a água na fase líquida, por algumas horas, dentro do seu congelador, ela se solidifica, não é mesmo?

A temperatura em que a água começa a se solidificar é a mesma em que ela começa a se fundir, ou seja o ponto de solidificação de uma substância coincide também com o ponto de fusão. Por exemplo, é no 0 ºC que a água solidificada entra em fusão (isto é, se transforma em líquida). Mas se você pegar água em estado líquido e quiser solidificar verá que a solidificação ocorrerá na temperatura de 0 ºC. Engraçado, não é? Isso ocorre porque na fusão há aumento de temperatura e na solidificação há perda da temperatura ou resfriamento.

Quando se inicia o processo de solidificação de uma substância, a temperatura (ponto de solidificação), não muda, não é alterado, até que a substância esteja totalmente solidificada. Depois que se transformou em sólido, aí sim, a temperatura continua a descer.

Vaporização

Quando você coloca a roupa para lavar na máquina de lavar, ou lava na mão mesmo e estende no varal, o que acontece com aquela água que está na roupa que você estendeu?

É a vaporização, que é a passagem do estado líquido para o gasoso, onde se transforma em vapor. Porém há duas formas de vaporização:

Evaporação: neste caso podemos usar o exemplo da roupa estendida no varal. A evaporação é o processo mais lento, onde o líquido de maneira devagar, gradativamente vai se transformando em vapor. A roupa no varal vai secando aos poucos, até que as água se torne totalmente vapor, como a encontramos na atmosfera.

Olha que interessante. Vamos fazer uma experiência? Molhe a palma da sua mão com água da torneira. Agora assopre a palma da sua mão. O sopro faz a mão secar depressa? Você sente frio na palma da mão quando a água evapora depressa? Para evaporar, a água absorve calor da pele da mão. O sopro que você deu, faz a evaporação ocorrer mais depressa. Daí a sensação de frio!

Ebulição: é o processo mais rápido de vaporização. A água evapora depressa, isso porque há uma fonte intensa de calor sendo transferida para água. Um exemplo, é quando você coloca água para ferver para fazer aquele cafezinho ou um chá de sua preferência. A água ferve porque lhe fornecemos calor, que provoca muita agitação das moléculas da água, que a faz borbulhar. Assim, as moléculas se desprendem e formam o vapor.

Então, se a vaporização for realizada lentamente chama-se evaporação, se for realizada com aquecimento rápido chama-se ebulição. O ponto de ebulição de uma substância é a temperatura em esta passa do estado líquido para o estado gasoso.

No processo de ebulição a temperatura da substância que está passando do estado líquido para o gasoso permanece inalterada. A temperatura só volta a subir novamente quando o líquido estiver totalmente no estado gasoso.

O ponto de ebulição da água é de 100 ºC ao nível do mar. Ao atingir o ponto de ebulição, a temperatura da água só volta a subir quando esta já tiver virado vapor (estado gasoso).

O ponto de ebulição de outros líquidos é diferente, do álcool por exemplo é 78 ºC, já do óleo de girassol é de 232 ºC, do mercúrio (um metal líquido em temperatura ambiente) é de 356,7 °C.

Você sabia que em regiões acima do nível do mar, onde é menor a pressão do ar, a água entra em ebulição a temperaturas mais baixas. No alto de uma montanha, por exemplo, a água ferve a uma temperatura menor que 100 ºC, ou seja, o alimento, nessa condição, fica na água mais tempo fervendo para cozinhar, porque mesmo que a água esteja fervendo, não está tão quente como ao atingir 100 ºC.

Uma curiosidade:

Você sabe por que o alimento cozinha mais rápido na panela de pressão?

A panela de pressão foi feita para que o vapor de água que se forma sobre a água em estado líquido, só escape da panela pelo pino, quando tiver pressão suficiente para empurrar para cima a válvula que fecha a saída do vapor. Isso acontece quando a temperatura dentro da panela é muito alta e a temperatura da água acima de 100 ºC. Assim o alimento cozinha muito rápido. Na panela de pressão a água entra em ebulição a cerca de 120 ºC.

Condensação ou Liquefação

É a passagem da fase gasosa para líquida devido ao arrefecimento (resfriamento). Quer um exemplo simples? Pegue um copo com água gelada e deixe alguns minutos fora da geladeira. Você vai perceber que o copo parece molhado ou “suado” do lado de fora. Isso acontece porque existe misturado ao ar vapor de água. Ao entrar em contato no lado de fora de um copo de água gelada, o ar resfria e uma parte do vapor de água que ele contém passa para o estado líquido. Entendeu? É por isso que aparecem aquelas gotinhas de água no lado de fora do copo de água gelada.

As nuvens também são formadas por gotinhas de água, que são tão pequeninas e leves, que flutuam no ar. A formação das nuvens ocorre quando o ar quente, com muito vapor de água, se mistura ao ar frio.

Outros exemplos bem legais de condensação ou liquefação são o orvalho e a geada! Você já percebeu que às vezes de manhã cedo, quando está mais frio, folhas, flores, vidraças, carros e o que mais estiver ao livre, fica coberto por várias gotinhas de água, mesmo sem ter chovido? É o orvalho!

Ele se forma quando o vapor de água presente no ar entra em contato com superfícies que estão mais frias que o ar, assim condensando o vapor de água que se transforma de vapor (estado gasoso) em gotas de água (estado líquido).

Com a geada ocorre a mesma coisa, porém a temperatura que o vapor de água entra em contato é muito baixa, a ponto de o vapor de água virar uma camada de gelo. A geada pode trazer alguns prejuízos a agricultura, pois pode destruir folhas e frutos.

Sublimação

É a passagem direta de uma substância do estado sólido para o gasoso. Como no caso do gelo seco e as bolinhas de naftalina. A naftalina é um inseticida usado em gavetas e armários para evitar insetos. Depois de algum tempo as bolinhas desaparecem! Elas não evaporaram porque evaporar é passar lentamente do estado líquido para o gasoso. E as bolinhas estavam sólidas, então elas sublimaram.

O gelo seco, que é usado para refrigeração industrial, é gás carbônico na fase sólida, a uma temperatura de -78 ºC. Este sofre sublimação quando entra em contato com o ar. Também é usado em efeitos especiais em shows!

Ressublimação ou sublimação inversa

Segundo o portal Info Escola, ressublimação é o processo contrário a sublimação, ou seja, é a passagem direta de uma substância do estado gasoso para o sólido. Também pode ser chamado de sublimação inversa ou deposição (já que as moléculas de gases podem ser depositadas espontaneamente para a formação de um sólido), mas ainda assim, muitos químicos se referem a ambos os processos (tanto da passagem do estado sólido para o gasoso, quanto do estado gasoso para o sólido) como simplesmente sublimação.

Se tiver alguma dúvida, dá uma olhada nesse vídeo da Professora de Ciências Rafaela Lima: