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Molécula da Água

Incolor, inodora e insípida, a água é um dos elementos mais importantes para todas as formas de vida conhecidas. Cerca de 70% do peso do corpo humano é composto por esta molécula. Ela pode ser obtida pela ingestão de líquidos, alimentos ou pela combustão dos alimentos, pois esta reação libera: água, gás carbônico e energia. Na natureza, a água pode ser obtida por uma reação química que ocorre num processo espontâneo e lento.

Esta é a reação para obtenção de água no estado de vapor:
H2(g) + ½ O2(g) <=> H2O(v) - energia liberada nessa reação é 241,2kJ/mol - ∆H = -241,2kJ/mol

se a água obtida estiver no estado líquido:
H2(g) + ½ O2(g) <=> H2O(l) - energia liberada nessa reação é 285,8kJ/mol - ∆H = -285,8kJ/mol

e se a água obtida estiver no estado sólido:
H2(g) + ½ O2(g) <=> H2O(s) - energia liberada nessa reação é 291,8kJ/mol - ∆H = -291,8kJ/mol

A molécula da água é composta por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio:

Oxigênio

átomo do Oxigênio
(sem escala)

De símbolo 'O' este elemento é encontrado na família 16 ou VIA da tabela periódica, possui número atômico 8, com 8 elétrons, 8 nêutrons e 8 prótons e massa atômica 16u, seus elétrons estão distribuidos em 2 níveis -camadas K e L- com 2 elétrons na camada K e 6 elétrons na camada L -camada de valência-, ele é um ametal. Suas características, na sua forma molecular O2 e em temperatura ambiente: é um gás incolor, insípido, inodoro, comburente, não é combustível e pouco solúvel em água.

Hidrogênio

átomo do Hidrogênio
(sem escala)

Elemento químico mais abundante no universo, de símbolo 'H', pertence a família 1 ou IA -Família dos Metais Alcalinos, encontra-se nessa família por apresentar 1 elétron na camada de valência-, mesmo sendo muito abundante, existe naturalmente em pequenas quantidades na sua forma molecular.

Apresenta 1 próton em seu núcleo e 1 elétron em seu único nível -K-, tem características sui generis, pois trata-se de um ametal. Na temperatura ambiente é um gás diatômico (isto significa que ele está combinado com outro átomo de hidrogênio - H2), é inflamável, incolor, inodoro, insípido, não é tóxico -contudo asfixia-, não é corrosivo -mas é altamente reativo- e insolúvel em água.

Este elemento é considerado a base da economia do futuro, pois é o combustível principal das 'Células a Combustível', que é um sistema que aproveita a energia elétrica liberada na combinação do hidrogênio com o oxigênio para mover automóveis, por exemplo.

Molécula da Água

A molécula de água tem origem na ligação covalente (ligação que ocorre entre ametais, onde há compartilhamento de elétrons -para que os átomos se estabilizem-) entre o hidrogênio e o oxigênio. O hidrogênio possui 1 elétron na camada de valência -que se estabilizará com 2 elétrons-. O oxigênio tem 6 elétrons na camada de valência -e se estabilizará com 8 elétrons-. Desta forma a água é formada por átomos que se unem numa proporção fixa, são necessários dois átomos de hidrogênio para estabilizar um átomo de oxigênio. Nesse processo o oxigênio compartilha 2 de seus elétrons 1 com cada átomo de hidrogênio. Seguindo a regra do octeto, os elementos procuram se estabilizar com 8 elétrons na camada de valência, exceto os que se estabilizam com e 2 elétrons na camada K -Hidrgênio e Hélio por exemplo-.

Fórmula Estrutural

O
/   \
H     H

Fórmula Molecular

H2O ou H+OH-

Nas ligações químicas covalentes, na fórmula molecular, colocamos primeiro o átomo menos eletronegativo e depois o mais eletronegativo e completamos com a quantidade de átomos usados para o equilíbrio da molécula.

A molécula da água é angular, isto significa que os hidrogênios se ligam ao oxigênio formando sempre o mesmo ângulo, que é 104,45°. Nesse caso o oxigênio apresenta 2 orbitais preenchidos com elétrons não ligantes (em pares) e uma força de repulsão entre os elétrons pode provocar um desvio e permitir que os elétrons ligantes (que não estão em pares) se liguem aos átomos de hidrogênio formando esse ângulo.

A molécula da água é polar (tem um pólo positivo e um pólo negativo), isto significa que parte da molécula tem carga parcial positiva e parte dela tem carga parcial negativa. A parte que tem a carga positiva tem os elétrons mais distantes do átomo de hidrogênio e a parte negativa tem os elétrons mais próximos do oxigênio, pois o oxigênio, nesse caso, é mais eletronegativo e exerce maior atração sobre os elétrons.

    δ-
O
/   \
H     H
δ+       δ+

A água é um solvente universal, outras substâncias com moléculas polares são solúveis em água, enquanto que as apolares são insolúveis -por exemplo água e óleo, o óleo tem parte da molécula apolar, portanto não se mistura com água. Quando lavamos uma louça engordurada utilizamos um detergente, que irá envolver e emulsificar a molécula de gordura e fazer com que a água interaja com a parte polar dessa molécula e então arraste a sujeira.

Em nosso organismo as reações químicas ocorrem na presença da água. Ao prepararmos uma solução como a do hidróxido de sódio -soda cáustica- usamos água como solvente. Pesamos uma massa do soluto (hidróxido de sódio) e dissolvemos na água, em um Becker, completamos até o volume desejado para estabelecermos uma concentração, podemos deixá-la mais concentrada ou mais diluída. Lembrando que as bases (hidróxidos) que tem na molécula um cátion da família 1 ou IA são solúveis em água e a família 2 ou II A tem exceções como no caso do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) -cal hidratada- parcialmente solúvel.

O calor específico da água é 1cal/g°C

Animação da Molécula da Água

molécula da Água
(sem escala)

 

Conheça a tecnologia que converte hidrogênio e oxigênio em energia elétrica, energia térmica e água.
página "Células a Combustível" e a
página "Células a Combustível tipo PEMFC ou PEFC"


Texto: Profa. Armandina J. M. Stefanelli

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