Química · 8.ª–12.ª classe
O que é a água e as suas propriedades?
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
| Propriedade | O que se observa | Explicação |
|---|---|---|
| Pontos de fusão e ebulição elevados | 0 °C e 100 °C à pressão normal (1 atm) | as ligações de hidrogénio exigem muita energia para separar moléculas |
| Calor específico elevado | cerca de 4,18 J/(g·°C): aquece e arrefece devagar | parte da energia recebida é gasta a vencer ligações de hidrogénio |
| Bom solvente | dissolve sais, açúcares, muitos gases | a polaridade permite interagir com iões e moléculas polares |
| Densidade máxima a cerca de 4 °C | o gelo flutua na água líquida | no gelo, as moléculas formam uma estrutura aberta, menos densa |
| Tensão superficial elevada | gotas redondas; alguns insetos andam sobre a água | forte coesão entre moléculas à superfície |
| pH neutro | pH ≈ 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:
- ΔT = 70 − 20 = 50 °C.
- Q = m × c × ΔT = 200 × 4,18 × 50.
- 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:
- M(H2O) = 2 × 1 + 16 = 18 g/mol.
- % H = 2 ÷ 18 × 100 ≈ 11,1 %.
- % 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:
- Volume da água líquida: V = m ÷ ρ = 1 000 ÷ 1,00 = 1 000 cm3.
- A massa mantém-se ao congelar; o volume do gelo é 1 000 ÷ 0,92 ≈ 1 087 cm3.
- O volume aumenta cerca de 87 cm3, isto é, cerca de 9 %.
- 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
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.
Continue a estudar
O que são as alterações climáticas?
As alterações climáticas são mudanças duradouras no clima da Terra: nas médias e na variabilidade da temperatura, da precipitação e de outros fatores, observadas…
3 exemplos5 exercícios com solução✓ Estudado
O que é a composição do ar?
O ar é uma mistura de gases. O ar seco contém cerca de 78 % de azoto (N2), 21 % de oxigénio (O2), 0,9 % de árgon e 0,04 % de dióxido de carbono (CO2), mais vestígios de…
3 exemplos5 exercícios com solução✓ Estudado
O que é o efeito de estufa?
O efeito de estufa é o fenómeno natural em que certos gases da atmosfera (vapor de água, CO2, metano e outros) absorvem parte da radiação infravermelha emitida pela…
3 exemplos5 exercícios com solução✓ Estudado
O que é o buraco na camada de ozono?
O buraco na camada de ozono é uma região da estratosfera, sobretudo sobre a Antártida, onde a quantidade de ozono (O3) diminui muito. É causado principalmente por…
3 exemplos5 exercícios com solução✓ Estudado
Ver tudo de Química · Capítulo: Química do ambiente e da sociedade