Química · 8.ª–12.ª classe

O que é a água e as suas propriedades?

  • 8 min de leitura
  • 3 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

A água (H2O) é um composto formado por dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio. A sua molécula é polar e as moléculas ligam-se entre si por ligações de hidrogénio, o que explica propriedades especiais: é um ótimo solvente, tem calor específico elevado, é líquida à temperatura ambiente e o gelo é menos denso do que a água líquida.

Definição e características

A água é um composto molecular: cada molécula tem um átomo de oxigénio ligado a dois de hidrogénio por ligações covalentes. A sua massa molar é 18 g/mol (2 × 1 + 16). Cobre cerca de 71 % da superfície da Terra, é o principal constituinte dos seres vivos (cerca de 60 % da massa de um adulto, com variações) e a maior parte é salgada (cerca de 97 %), sendo a água doce uma fração pequena.

Estrutura da molécula

  • A molécula é angular, com um ângulo H–O–H de cerca de 104,5° (não é linear).
  • O oxigénio é mais eletronegativo do que o hidrogénio e atrai mais os eletrões: fica com carga parcial negativa (δ−) e os hidrogénios com carga parcial positiva (δ+).
  • Como a molécula é angular, as cargas não se anulam: a água é uma molécula polar.

Ligações de hidrogénio

Entre moléculas de água, o H (δ+) de uma é atraído pelo O (δ−) de outra. É uma interação intermolecular forte (comparada com outras entre moléculas) mas fraca em comparação com a ligação covalente. Explica muitas propriedades da água.

Propriedades e a sua explicação

PropriedadeO que se observaExplicação
Pontos de fusão e ebulição elevados0 °C e 100 °C à pressão normal (1 atm)as ligações de hidrogénio exigem muita energia para separar moléculas
Calor específico elevadocerca de 4,18 J/(g·°C): aquece e arrefece devagarparte da energia recebida é gasta a vencer ligações de hidrogénio
Bom solventedissolve sais, açúcares, muitos gasesa polaridade permite interagir com iões e moléculas polares
Densidade máxima a cerca de 4 °Co gelo flutua na água líquidano gelo, as moléculas formam uma estrutura aberta, menos densa
Tensão superficial elevadagotas redondas; alguns insetos andam sobre a águaforte coesão entre moléculas à superfície
pH neutropH ≈ 7 a 25 °C (água pura)a autoionização é muito pequena

Densidade e unidades úteis

Para a água líquida pode usar-se, em cálculos escolares, 1,00 g/cm3 (ou 1 g/mL, ou 1 kg/L). Isto significa que 1 litro de água tem massa de 1 kg. O gelo tem densidade de cerca de 0,92 g/cm3.

Calor trocado por uma massa de água

Q = m × c × ΔT (c da água ≈ 4,18 J/(g·°C))

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Aquecer água

Enunciado: Que energia é necessária para aquecer 200 g de água de 20 °C a 70 °C? (c = 4,18 J/(g·°C))

Resolução:

  1. ΔT = 70 − 20 = 50 °C.
  2. Q = m × c × ΔT = 200 × 4,18 × 50.
  3. 200 × 4,18 = 836; 836 × 50 = 41 800.

Resposta: 41 800 J (41,8 kJ). Verificação: 41 800 ÷ (200 × 50) = 4,18 J/(g·°C).

Exemplo 2 — Composição percentual da água

Enunciado: Calcule a percentagem em massa de hidrogénio e de oxigénio na água (H = 1 g/mol; O = 16 g/mol).

Resolução:

  1. M(H2O) = 2 × 1 + 16 = 18 g/mol.
  2. % H = 2 ÷ 18 × 100 ≈ 11,1 %.
  3. % O = 16 ÷ 18 × 100 ≈ 88,9 %.

Resposta: cerca de 11,1 % de H e 88,9 % de O. Verificação: 11,1 + 88,9 = 100.

Exemplo 3 — Nível de exame: porque rebenta a garrafa no congelador

Enunciado: Uma garrafa de vidro completamente cheia com 1 000 g de água é colocada no congelador e rebenta. Usando as densidades 1,00 g/cm3 (água) e 0,92 g/cm3 (gelo), explique.

Resolução:

  1. Volume da água líquida: V = m ÷ ρ = 1 000 ÷ 1,00 = 1 000 cm3.
  2. A massa mantém-se ao congelar; o volume do gelo é 1 000 ÷ 0,92 ≈ 1 087 cm3.
  3. O volume aumenta cerca de 87 cm3, isto é, cerca de 9 %.
  4. A garrafa não tem espaço para esse aumento e rebenta.

Resposta: a água expande ao congelar (o gelo é menos denso), cerca de 9 %. Verificação: 1 087 × 0,92 ≈ 1 000 g.

Erros frequentes

  • Dizer que a molécula de água é linear. É angular (cerca de 104,5°), por isso é polar.
  • Confundir ligação covalente com ligação de hidrogénio. A primeira existe dentro da molécula; a segunda, entre moléculas.
  • Pensar que as ligações de hidrogénio se quebram quando a água ferve. Quebram-se as ligações entre moléculas, não as ligações H–O dentro delas.
  • Esquecer que o gelo flutua e ter dificuldade em explicar porquê: a estrutura do gelo é aberta, com menor densidade.
  • Misturar calor e temperatura. O calor específico indica quanta energia é precisa para variar a temperatura; não é a temperatura.
  • Chamar «água pura» à água potável ou mineral. Estas contêm sais dissolvidos.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Explique por que razão a água é uma molécula polar.

Ver solução

O oxigénio é mais eletronegativo do que o hidrogénio e atrai mais os eletrões, ficando com carga parcial negativa. Como a molécula é angular, as cargas parciais não se anulam, logo a molécula tem um polo negativo (O) e um positivo (H): é polar.

2Exercício 2

Que energia é necessária para aquecer 500 g de água em 10 °C? (c = 4,18 J/(g·°C))

Ver solução

Q = 500 × 4,18 × 10 = 20 900 J (20,9 kJ).

3Exercício 3

Calcule a massa de 2,5 L de água e a quantidade de matéria correspondente a 36 g de água.

Ver dica

Use a densidade 1 g/mL e a massa molar 18 g/mol.

Ver solução

2,5 L = 2 500 mL; massa = 2 500 × 1 = 2 500 g (2,5 kg). n = 36 ÷ 18 = 2 mol.

4Exercício 4

Quantas moléculas de água existem em 36 g de água? (constante de Avogadro: 6,02 × 1023 mol-1)

Ver solução

n = 36 ÷ 18 = 2 mol. N = 2 × 6,02 × 1023 = 1,204 × 1024 moléculas.

5Exercício 5

Porque é que a água de um lago, em regiões muito frias, congela de cima para baixo e permite a vida dos peixes por baixo do gelo? Relacione com a densidade.

Ver solução

A água atinge a densidade máxima perto de 4 °C; abaixo disso torna-se menos densa. O gelo (menos denso) fica à superfície e funciona como camada isolante, enquanto a água por baixo se mantém líquida. Assim, os seres vivos conseguem sobreviver. O fenómeno é típico de lagos de regiões frias.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre água e H2O?

Nenhuma, quando falamos da substância: H2O é a fórmula química da água. «Água» no dia a dia refere-se geralmente a uma solução com sais dissolvidos; a água quimicamente pura (destilada) é H2O quase sem mais nada.

Porque se diz que a água é o «solvente universal»?

Porque dissolve muitas substâncias, sobretudo iónicas e polares. Não dissolve tudo: gorduras e óleos, que são apolares, não se misturam com ela.

Onde se aplicam as propriedades da água na prática?

O elevado calor específico faz da água um bom líquido de arrefecimento (radiadores) e ajuda a regular o clima junto ao mar; o poder solvente permite a vida celular e a limpeza; a densidade do gelo explica o rebentamento de tubos congelados.

Que erros os estudantes cometem sobre a água?

Dizem que a molécula é linear, confundem ligação covalente com ligação de hidrogénio e afirmam que, ao ferver, a água se decompõe em hidrogénio e oxigénio. O que acontece é uma mudança de estado: as moléculas separam-se, mas continuam a ser H2O.

Resumo

  • A água é H2O, molécula angular (≈ 104,5°) e polar.
  • As ligações de hidrogénio explicam os pontos de fusão e ebulição elevados, a tensão superficial e o gelo menos denso.
  • Calor específico alto: c ≈ 4,18 J/(g·°C); Q = m × c × ΔT.
  • É um excelente solvente de substâncias iónicas e polares.
  • Densidade: 1,00 g/cm3 (líquida) e ≈ 0,92 g/cm3 (gelo).

Onde aprofundar

  • O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • OpenStax, Chemistry (manual aberto, em inglês), capítulos sobre forças intermoleculares e soluções.
  • Princípios de Química, de Atkins e Jones, ou outro manual universitário introdutório, para o aprofundamento das ligações de hidrogénio.

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