Molécula de água: características, estrutura e solubilidade

A molécula de água é formada por 2 átomos de hidrogênio ligados a 1 átomo de oxigênio por meio de pontes de hidrogênio. Também é uma substância apolar e atua como solvente.

A água é a única substância que se encontra na natureza nos três estados físicos: líquido, sólido e gasoso. Isso ocorre porque a molécula de água apresenta propriedades específicas que são o resultado da sua estrutura atômica e dos tipos de ligações que mantêm suas moléculas unidas.

Além disso, a água está presente na composição química de todos os seres vivos. Para você ter uma ideia, a água representa cerca de 70% do peso de uma pessoa, sendo responsável pela ocorrência de diversas reações metabólicas.

Para saber mais sobre a molécula de água, venha estudar conosco e se preparar para a prova do Enem e de outros vestibulares!

Características da molécula de água

A molécula de água é formada por 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio unidos por meio de ligações covalentes. Lembre-se que nesse tipo de ligação química ocorre o compartilhamento de elétrons, aumentando a estabilidade dessa molécula.

Outra característica importante dessa substância é o fato de que a água apresenta geometria angular, com quatro nuvens de elétrons e dois átomos ligantes, onde seus átomos formam um ângulo de 104,5º.

Sendo assim, a água é uma molécula polar, em que o átomo de oxigênio possui maior eletronegatividade do que o átomo de hidrogênio. O átomo de oxigênio consegue atrair elétrons com mais intensidade e força que o átomo de hidrogênio, adquirindo, assim, sua polaridade.

Ou seja, há presença de cargas positivas e negativas. Por isso o átomo de hidrogênio fica com carga positiva, e o átomo de oxigênio com carga negativa.

Além disso, é preciso frisar o fato de que quando o hidrogênio está ligado com os três primeiros elementos do grupo de eletronegatividade, ele tem uma força intermolecular mais intensa. Essa força é chamada de ligação de hidrogênio e mantém as moléculas de água muito ligadas.

Água e as interações entre moléculas

Relembrando que a eletronegatividade é a força que um átomo apresenta para atrair os elétrons de uma ligação covalente. A ordem dos elementos mais eletronegativos é destaque abaixo:

F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > H

A molécula de água interage com outras moléculas de água por meio das ligações de hidrogênio, pela atração de cargas opostas tornando suas moléculas coesas unidas), sendo difícil sua separação.

Por conta disso, a molécula de água pode se ligar também a outras substâncias polares por adesão, através das ligações de hidrogênio. Nessas ligações, o polo positivo do hidrogênio se liga ao polo negativo de outra substância polar.

Dessa maneira, as ligações covalentes que mantêm a molécula de água coesa são mais fortes que outras ligações iônicas. Isso permite a separação dos íons presentes nas moléculas que se misturam com a água.

Ponte de hidrogênio entre moléculas de água
Ponte de hidrogênio entre moléculas de água. Fonte: projeto-biologico.arizona.edu

A água como solvente

A molécula de água tem a característica de ser considerada um solvente de diversos solutos e possibilitar as reações químicas nas células. A polaridade da molécula de água faz com que as forças de atração de outras moléculas polares sejam quebradas e seus íons separados, o que permite sua dissolução.

Os materiais polares são denominados de hidrofílicos, já que apresentam afinidade pela molécula de água.  Os materiais apolares, por sua vez, como os óleos e lipídios, são denominados de hidrofóbicos, pois não interagem com a água, permanecendo separados, e podem formar camadas ou gotículas quando incorporados à água.

O fenômeno de adesão e a coesão das moléculas de água resulta em um processo chamado de capilaridade, que permite que as moléculas de água atravessem poros, subam por tubos ou desçam por superfícies. Como exemplo, podemos citar a forma como as plantas retiram nutrientes do solo.

Calor específico da água

Outro fator importante sobre a água é o fato de que sua molécula apresenta elevado calor específico. O calor específico representa a quantidade de calor que deve ser retirada ou adicionada para elevar em 1º C a temperatura de 1g de substância, sem provocar alterações no seu estado físico.

Em substâncias com alto calor específico, para que ocorram variações na temperatura, deve-se fornecer ou retirar uma grande quantidade de calor.

O calor específico da água é equivalente a 1 cal /gºC.

Podemos observar o que ocorre com o clima nos desertos, onde os dias são muito quentes e as noites muito frias. Isso ocorre porque a areia tem um calor específico baixo. Dessa forma, se aquece e se resfria muito rápido, não conseguindo manter as temperaturas agradáveis durante a noite.

A água também atua na regulação da temperatura corporal, impedindo variações bruscas. Por isso é considerada termorreguladora. O suor serve para controlar a temperatura corporal, pois quando transpiramos muito, eliminamos o excesso de calor no nosso corpo, impedindo que nossa temperatura se eleve demais.

Muitos organismos mantêm a temperatura constante, mesmo quando ocorre variação da temperatura ambiente, ou quando o calor é gerado pelo metabolismo. Isso ocorre devido ao alto calor específico da água, garantindo estabilidade térmica aos ecossistemas aquáticos.

Tensão superficial da água

As interações moleculares da molécula de água são fundamentais para explicar o processo de tensão superficial que ocorre na superfície da água. A tensão superficial representa a força com que as moléculas de água se ligam entre si e formam uma película na superfície.

As moléculas de água que estão na superfície exercem atração sobre as moléculas que estão abaixo delas. Enquanto isso, as moléculas que estão abaixo da superfície da água são pressionadas em todas as direções por outras moléculas de água.

Assim, ocorre uma desigualdade nas forças de atração, provocando a contração do líquido, formando uma película na superfície da água. Dessa maneira, alguns insetos conseguem deslizar sobre a água.

Tensão superficial - Molécula de água
Fotografia de uma aranha caminhando sobre a água. Esse animal consegue fazer isso porque suas patinhas possuem cerdas cobertas de substâncias oleosas. Assim, não há quebra da tensão superficial da água. Fonte: Getty Images.

Substâncias tensoativas

Detergentes e sabão em pó que contêm substâncias tensoativas diminuem a tensão superficial dos ecossistemas aquáticos. Isso impede a entrada de luz nos corpos d’ água e provoca alterações nas taxas de aeração dos mesmos, prejudicando os organismos que vivem na superfície da água.

Você pode fazer uma experiência em sua casa utilizando detergente e água. Jogue água em uma superfície e observe a formação de pequenas bolhas. Em seguida, coloque um pouco de detergente em outra superfície e depois jogue água.

Você irá observar que não se formam bolhas de água, mas a água se espalha na superfície. A característica química dos compostos tensoativos é que são formados por moléculas solúveis e não solúveis em água.

Reações químicas envolvendo moléculas de água

Podemos citar dois tipos de reações químicas nas quais a água está envolvida: nas reações de síntese por desidratação, onde a água é o produto da reação:

A  +   B   →   C  + H2O

E também nas reações de hidrólise, onde a água atua como reagente da reação:

C   +   H2O    →   A   +   B

A reação de hidrólise representa a quebra de uma molécula qualquer pela água e a desidratação é a reação em que se forma molécula de água.

Resolução de exercício

(MACK-SP-2008) Em uma manhã de céu azul, um banhista na praia observa que a areia está muito quente, e a água do mar está muito fria. À noite, esse mesmo banhista observa que a areia da praia está fria e a água do mar está morna. O fenômeno observado deve-se ao fato de que:

a) A densidade da água do mar é menor que a da areia

b) O calor específico da areia é menor que o calor específico da água

c) O coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia

d) O calor contido na areia à noite, propaga-se para a água do mar

Resolução: o calor específico da areia é pequeno, assim, a areia consegue absorver calor com mais facilidade, e esquenta mais rápido. À noite, ocorre transferência do calor para a água do mar. Portanto, a resposta correta é a letra B.

Para finalizar, assista este vídeo para aumentar seus conhecimentos e, em seguida, resolva os exercícios:

Exercícios
1) (UECE/2019)

As moléculas de água permanecem unidas entre si por uma propriedade chamada de

A) adesão

B) capilaridade

C) coesão

D) tensão superficial

2) (PAS – UFLA/2016)

O fato de alguns insetos se locomoverem sobre a superfície da água e algumas espécies de plantas crescerem por cima da superfície da água é resultado de um fenômeno físico denominado:

A) Densidade

B) Tensão superficial

C) Capacidade térmica

D) Temperatura

3) (UTFPR-2015)

A água apresenta inúmeras propriedades que são fundamentais para os seres vivos. Qual, dentre as características a seguir relacionadas, é uma propriedade da água de importância fundamental para os sistemas biológicos?

A) Possui baixo calor específico, pois sua temperatura varia com muita facilidade.

B) Suas moléculas são formadas por hidrogênios de disposição espacial linear.

C) Seu ponto de ebulição é entre 0 e 100 °C.

D) É um solvente limitado, pois não é capaz de se misturar com muitas substâncias.

E) Possui alta capacidade térmica e é solvente de muitas substâncias.

4) (CESJF-MG-2009)

A água é de importância vital para todos os seres vivos. Sob o ponto de vista biológico, entre as propriedades físico-químicas, podemos citar três fundamentais que são:

a) baixo poder de dissolução, pequena tensão superficial e baixo calor específico.

b) grande poder de dissolução, pequena tensão superficial e baixo calor específico.

c) grande poder de dissolução, pequena tensão superficial e alto calor específico.

d) grande poder de dissolução, grande tensão superficial e alto calor específico.

e) grande poder de dissolução, pequena tensão superficial e alto calor específico.

Gabarito:

  1. C
  2. B
  3. E
  4. D

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.