UNIDADE 3 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS · PDF fileUNIDADE 3 - PROPRIEDADES...

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  • UNIDADE 3 - PROPRIEDADES FSICO-QUMICAS DAS GUAS OCENICAS

    Natureza da gua e composio da gua do mar PROPRIEDADES DA GUA A gua o composto mais abundante na natureza, existe 6 vezes

    mais gua que feldspato. A molcula da gua (composta por um tomo de oxignio e dois de

    hidrognio), apesar de ser eletricamente neutra, apresenta uma polarizao: um de seus extremos mais positivo e o outro mais negativo pela distribuio desigual da densidade de eltrons.

    O tomo de oxignio compartilha um eltron com cada um dos tomos de hidrognio. A ligao entre os dois tomos de hidrognio forma um ngulo de 104 e esse ngulo aumenta para 109 quando a gua congela.

    Os tomos de hidrognio tm carga positiva e unitria, enquanto que o tomo de oxignio tm duas cargas negativas. Todavia, o arranjo final das molculas de tal maneira que as cargas eltricas no se neutralizam (as cargas poderiam estar neutralizadas se o ngulo fosse 180 ao invs de 105).

    Assim gua tem uma carga negativa parcial ( ) junto ao tomo de oxignio, por causa dos pares de eltrons no-compartilhados, e tem cargas positivas parciais ( ) junto aos tomos de hidrognio.

    Uma atrao eletrosttica entre as cargas positivas parciais dos tomos de hidrognio e a carga negativa parcial do tomo de oxignio resulta na formao de uma ligao chamada ponte de hidrognio, que conferem forte coeso entre as molculas, e determinam as caractersticas anmalas da gua se comparada a outras substncias semelhantes.

    Assim, as pontes de hidrognio so as ligaes de um tomo de oxignio de uma molcula com um tomo de hidrognio de outra.

    As pontes de hidrognio explicam a capacidade de ser solvente da gua e tambm o fato da gua entrar em ebulio e se congelar em temperaturas maiores que outras molculas semelhantes.

    De toda gua existente na Terra, apenas 0,001% est em forma gasosa na atmosfera.

    1- Altos pontos de fuso e ebulio A gua comporta-se como se fosse uma substncia com peso

    molecular 5 vezes maior (PM cerca de 100) devido a coeso de suas molculas.

  • Se no fosse sua estrutura molecular (pontes de hidrognio) possuiria ligao bem mais fracas que ocorrem em substncias semelhantes (fora de Van der Waals).

    Se no fossem as pontes de hidrognio a ebulio da gua (que ocorre em 100C) seria a -90C e o congelamento da gua (que ocorre em 0C na gua doce) seria a -110C, no sendo possvel a existncia de gua na terra.

    A gua possui o maior calor latente de vaporizao e fuso, isso significa que necessrio adquirir ou perder grande quantidade de energia para mudar do estado lquido para o gasoso (vaporizao) e do estado gasoso para o lquido (fuso).

    a nica substncia que pode ser encontrada nos 3 estados fsicos da matria.

    2- Alta capacidade trmica A gua possui o maior calor especfico dentre os slidos e lquidos

    comuns. Calor especfico a propriedade que define a quantidade de calor necessria para elevar em 1C a temperatura de uma grama de substncia.

    Essa propriedade faz com que a gua resista muito mudanas de temperatura, concentrando e conduzir calor antes de mudar de estado. Nesse sentido a gua determinante no equilbrio trmico do planeta devido ao transporte de calor pelas correntes marinhas, de regies equatoriais para altas latitudes.

    3- Anomalia trmica O gelo possui densidade menor que a gua lquida, por isso que o

    gelo flutua (geralmente, as substncia no estado slido tem suas molculas mais prximas tornando a substncia mais densa e pesada).

    As ligaes hidrognio mantm as molculas de gua mais afastadas no slido do que no lquido.

    Caso o gelo afundasse dificilmente se descongelaria, e os fundos dos mares ficariam eternamente congelados.

    A maior densidade da gua doce em 4C. Na gua salgada, com salinidade de 35, o ponto de congelamento

    -1,9C. 4- Alto poder de soluo A habilidade dos ons e de certas molculas de se dissolver na gua

    devida polaridade. A gua possui a capacidade de dissolver mais substncias e em maior

    quantidade do que qualquer outro lquido. Atravs da reao de hidratao a gua capaz de quebrar ligaes inicas (ligaes

  • fortes). Ex.: 350g do sal NaCl dissolve-se completamente em 1 litro de gua.

    Figura 1- Cloreto de sdio dissolvido na gua RESERVATRIOS NATURAIS DE GUA Toda a gua existente na natureza exibe relaes mtuas de

    intercmbio (ou transferncia) atravs do chamado ciclo hidrolgico. As relaes entre as vrias formas de transferncia da gua, na superfcie terrestre, podem ser representadas por: precipitao=escoamento + infiltrao + evapotranspirao.

    Devido sua capacidade de dissoluo, ela um importante agente de transporte de elementos e devido a alta capacidade trmica, ela muda os seus estados, de lquido (gua ocenica) para gs (vapor dgua) e slido (gelo) transferindo calor, saindo e voltando do oceano atravs do ciclo hidrolgico (figura 2).

  • Uma das fontes dos elementos que compem quimicamente as guas

    fluviais so os elementos naturalmente dissolvidos das rochas e dos solos. A abundncia relativa dos slidos dissolvidos que compe essa gua diferente da gua marinha (que ser abordada posteriormente). De maneira geral, na gua fluvial predomina o bicarbonato, seguidos pelos elementos clcio, slica, sulfato, cloro, sdio, magnsio e potssio.

    A precipitao compreende todos os tipos de gua condensada, que cai sobre a superfcie terrestre nas formas de chuva, neve, granizo e orvalho. O escoamento corresponde a parcela da gua de precipitao, que ocorre pela superfcie do terreno. A infiltrao representa a parcela de gua de precipitao absorvida pelo solo, que pode premanecer armazenada no subsolo como gua subterrnea ou, aps percolar certas distncias, emergir como fontes. Finalmente a evapotranspirao inclui a evaporao superficial e a transpirao vegetal.

    Da quantidade total de gua precipitada, 77% caem sobre os oceanos e 23% sobre as reas emersas. Por outro lado, 84% da evaporao total da terra provm dos oceanos e as terras emersas contribuem com apenas 16%. Desse modo, a evaporao dos oceanos 7% superior a respectiva precipitao. O excesso de gua doce sobre os continentes, que no sofre evaporao, submetido ao escoamento e/ou infiltrao para finalmente atingir os oceanos e fechar o ciclo hidrolgico.

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  • De toda a gua atualmente encontrada na terra, 97% formam os oceanos e apenas 3% so encontrados nos continentes ou na atmosfera. Desse total, aproximadamente 75% formam as geleiras e 24,5% ocorrem como gua subterrnea. As guas dos rios, dos lagos, lagoas e da atmosfera perfazem apenas 0,5 a 3%.

    A gua permanece com diferentes tempos de residncia nos diferentes reservatrios naturais da hidrosfera terrestre. O tempo de residncia significa o tempo em que a gua renovada no reservatrio (tabela abaixo).

    COMPOSIO DA GUA DO MAR O oceano corresponde a 71% da superfcie da terra. A gua do mar uma soluo contendo 70 elementos qumicos,

    constituda por solvente (gua) e por soluto (sais). Na qumica, um sal um composto neutro (Ex.: NaCl, KCl, CaSO4)

    de um ction (Na+, K+, Ca++) ligado a um nion (Cl--, SO4--). Eles so tipicamente o produto de uma reao qumica entre: * Uma base e um cido, formam um sal + gua, ex.: 2NaOH +

    H2SO4 --> Na2SO4 + 2H2O sulfato de sdio * Um metal e um cido, formam um sal + hidrognio, ex.: Mg +

    H2SO4 --> MgSO4 + H2 sulfato de magnsio

  • * Um xido cido e um xido bsico, formando um sal, ex.: CO2 + CaO --> CaCO3 carbonato de clcio

    A gua dos oceanos salgada porque contm sais dissolvidos (com concentraes entre cerca de 33 e 37 g por cada quilograma de gua do mar) que tm vrias origens: 1. As rochas da crosta vo-se desgastando por eroso e h uma parte dissolvida desse material que transportada para o oceano pelos rios. 2. As erupes vulcnicas libertam substncias volteis (tais como dixido de carbono, cloro e sulfato) para a atmosfera, uma parte das quais transportada por precipitao diretamente para o oceano ou indiretamente por meio dos rios. As erupes vulcnicas submarinas contribuem fortemente para os ons no oceano. Em contrapartida a essas fontes de sais, h sumidouros que consomem parte dos sais dissolvidos: plantas e animais marinhos que usam sais (por exemplo, slica, clcio e fsforo) para construir os seus esqueletos ou conchas, sedimentos depositados no fundo do mar e que incorporam alguns sais (por exemplo, potssio e sdio), e ainda outros processos como a sada do sal transportada pela evaporao (maresia). O equilbrio entre as fontes e os sumidouros fazem com que a composio da gua do mar seja essencialmente constante.

    Os depsitos hidrotermais so formados pela penetrao e pela percolao das guas ocenicas em fendas e fissuras existentes nas rochas. Nesse percurso as guas se enriquecem de metais que so posteriormente precipitados no seu retorno ao oceano. Esses metais precipitam-se nas proximidades do eixo das cordilheiras mesocenicas, onde ocorrem edifcios vulcnicos submarinos e fraturas, associados aos limites de placas litosfricas. Nessas regies, que possuem alto fluxo de calor, formam-se as fumarolas (figura 3), que so como fontes submarinas de gua enriquecida em metais dissolvidos das rochas vulcnicas do fundo submarino pela percolao de gua aquecida em fissuras e fraturas da rocha.

  • Figura 3 - Erupes vulcnicas submarinas que contribuem para os ons no oceano. Para todos os oceanos, embora a quantidade total de sais

    dissolvidos seja varivel, as propores relativas dos principais elementos (Sdio - Na+, Cloro - Cl--, Magnsio - Mg++, Clcio - Ca++, Potssio - K+, Sulfato - SO4--) so constantes. Esses elementos correspondem a 99% do total de elementos na gua do mar.

    Somente o sal NaCl (Cloreto de Sdio) responsvel por 86% da composio da gua marinha.

    Em uma salinidade de 35, 1kg de gua do mar contm em mdia 35 grama