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Recursos Naturais
Parte 1: Água
            - Capacidade térmica e Calor Específico
            - Solvente universal
            - Transporte
            - Tensão superficial Introdução

Após o nosso planeta ser observado e fotografado por várias missões espaciais, foi dito que, ao invés de Terra, o mesmo deveria ser chamado de Água. Quando olhamos a fotografia do planeta, percebemos que a água ocupa a maior parte. O que vemos em branco são nuvens e em marrom os continentes.
 
Figura 1: Terra
A Terra é o único planeta do sistema solar onde existe água na forma líquida. Praticamente todas as formas de vida conhecidas dependem da água, o que explica o fato de ser encontrado organismos apenas na Terra. Suspeitava-se que na Lua havia água, porém pesquisas descartaram esta possibilidade. A água pode ser encontrada também nos satélites de Júpiter.
 
Figura 2: Mar
A maior parte da água (cerca de 97% de toda a água) que existe no planeta está nos oceanos e mares. Conhecemos esta água como água salgada, porque contém substâncias chamadas sais.

Figura 3: Rio Amazonas
A água também está presente em rios e lagos, porém em menor quantidade que nos oceanos. A água de rios e lagos é conhecida como água doce, porque não possui a enorme quantidade de sal que tem a água do mar. Devemos tomar cuidado com esta definição, porque água doce não quer dizer água com açúcar, mas sim com menos sal em relação à água do mar.
Existe uma grande quantidade de água também debaixo do solo, conhecida como água subterrânea. Dependendo do local, formam-se verdadeiros rios subterrâneos, conhecidos como lençóis d'água ou freáticos. Em muitos locais são feitos poços ou perfurações no solo para se captar esta água. 
Quando um rio encontra o mar, as águas se misturam, é o que ocorre em áreas de mangue e estuários. Esta água não é doce nem salgada, mas sim água salobra. Os organismos que aí vivem são adaptados às condições deste ambiente. Observamos nesta foto as raízes conhecidas como "escoras", que sustentam as árvores no solo. Os mangues são característicos das áreas tropicais.
Figura 4: Mangue

A água também está presente no corpo dos seres vivos. Percebemos a existência da água em nosso corpo quando transpiramos, urinamos ou choramos, embora nestes casos a água esteja misturada com outros produtos do nosso metabolismo.
1. Qual a quantidade de água no nosso corpo?
Resposta

A quantidade de água no corpo de um organismo está relacionada com o metabolismo e o hábitat de cada um. Frutas, verduras e legumes também água também em quantidade variável, dizemos inclusive que alguns frutos são mais "aguados" do que outros.


Figura 5: Perereca
Aproximadamente cerca de 78% do corpo de uma perereca é constituído por água, enquanto que nas baratas apenas 60%.

Figura 6: Baratas

Mas, de onde vem tanta água? Por que em alguns lugares ela é doce e em outros salgada? Para onde vai a água que utilizamos? Estas são algumas perguntas que naturalmente surgem quando pensamos neste recurso, e hoje em dia, com o desenvolvimento da ciência e o auxílio de equipamentos, é mais fácil respondê-las.

A maneira pela qual a água se movimenta no nosso planeta, as características de cada local e outros fenômenos podem ser explicados pelo ciclo da água, ou ciclo hidrológico.
 

Figura 7: Ciclo Hidrológico

Cai chuva, molha a terra.

Águas limpas ficam impuras.

Vem o sol, aquece a água,

E o vapor vai para as alturas.

O vapor sobe, limpinho.

Em sujeira, nem se pensa.

Porém, lá em cima é tão frio,

Que o vapor logo condensa.

Nuvens cinzas, nuvens brancas,

Tempestade ou chuva fina.

É água que volta à Terra!

E o vaivém não termina.
E assim, num ciclo eterno

Que a natureza inventou,
A água que hoje é suja,

Amanhã já se limpou.



















 

O ciclo hidrológico compreende uma série de transformações nos estados físicos da água. Em cada etapa do ciclo a água é transformada e não é possível determinar onde termina ou inicia o ciclo, mas sim o que acontece em seguida de cada etapa.



CURIOSIDADE

Na antigüidade, quando não existia equipamentos eficientes de medida, as pessoas atribuíam os fenômenos da natureza a um desejo divino. Acreditava-se que tudo fosse obra e vontade dos deuses, e portanto os seres vivos não teriam controle. Ao longo do tempo, muitas e diferentes explicações foram dadas a estas inquietações. Acreditava-se que existia no interior da Terra grandes reservatórios de água, sendo que os maiores formariam rios e os menores dariam origem a lagos e córregos. Acreditava-se também que deuses e deusas carregavam grandes potes e derramavam água para formar rios. Aristóteles (representado na figura), que viveu três séculos antes de Cristo, não concordava com essas idéias, dizia que se os rios tivessem sua origem no interior da Terra, não haveria depósitos com volumes suficientes para fornecer água constantemente. Sua opinião era que "as regiões montanhosas e elevadas são semelhantes a uma esponja: filtram a água gota a gota, que cai em forma de chuva em vários locais, e a distribui para as nascentes dos rios". Além disso, Aristóteles relacionava a umidade do ar com a formação de gotas e das chuvas. Dizia ele: "Aquilo que envolve a Terra não é apenas ar, mas uma espécie de vapor, e isto é que explica que ele se transforme de novo em água". Aristóteles sabia portanto que a água tem um ciclo, ou seja, ela passa por transformações, mas é sempre a "mesma água". Três séculos depois de Aristóteles, o poeta e filósofo romano Lucrécio escreveu um poema chamado "Sobre a Natureza". Segundo o autor, as águas salgadas do mar infiltram-se pela terra, perdem seu sal, e formam os rios que voltam ao mar. O que não era explicado era como a água no interior da terra conseguiria subir até o alto da montanha para formar uma nascente.

Todas estas idéias podem até parecer absurdas hoje em dia, porém é necessário respeitá-las, uma vez que os fenômenos eram apenas observados e as primeiras medidas muito imprecisas. Percebemos portanto que a ciência não tem respostas definitivas e que as explicações devem-se a um conjunto de informações investigadas ao longo da história.


TRANSFORMAÇÕES DA ÁGUA

Para compreender melhor o ciclo hidrológico, devemos aprender as transformações que ocorrem com a água.

Quando alguém fala a palavra água, do que você lembra primeiro? Provavelmente você pode ter pensado no mar, num rio, na água que sai da torneira ou até na chuva. Mas provavelmente não pensou no gelo, na neve nem em uma nuvem. Isso acontece porque é mais fácil associar a água ao estado líquido do que ao estado sólido ou ao vapor. Estamos acostumados a pensar na água e na sua importância apenas como um líquido vital e nem lembramos de gelo ou nuvem. Quando estudamos o ciclo da água reconhecemos o papel de cada etapa, mas devemos entender bem o que são os diferentes estados físicos: sólido, líquido e gasoso.
 

 
Figura 8: Os três estados físicos da água: líquido, sólido e gasoso
 
Observe a figura ao lado. Perceba que no estado líquido a forma da água é de acordo com o recipiente onde se encontra. Por exemplo, a água que está no copo tem a forma do copo. A água da garrafa tem a forma de garrafa. A água do rio se for colocada num balde, ficará com a forma do balde. Portanto dizemos que no estado líquido a água assume a forma do recipiente onde está contida. 

Figura 9: Estado líquido

Figura 10: Estado sólido
Observe agora a água no estado sólido: Neste estado a água terá a forma do recipiente onde congelou. Se você tirar o gelo do recipiente onde está, não vai conseguir enfiá-lo numa garrafa, ou, se deixar uma garrafa de água no congelador, terá que esperar descongelar para conseguir colocá-la no copo. Quando a temperatura é baixa, menor que 0C e ao nível do mar, a água congela, ou seja, passa do estado líquido para o estado sólido e adquire a forma do recipiente onde está contida. 
E finalmente o estado gasoso: A água encontra-se na forma de vapor quando está a mais de 100C. Possui as características de um gás, mas não dizemos estado gasoso da água, e sim vapor de água. Assim como no estado líquido, o gás adquire a forma de acordo com o recipiente onde se encontra.

Figura 11: Vapor d'água

As mudanças de estado devem-se às alterações na quantidade de energia e pressão atmosférica.


 

 
Figura 12: Molécula de água
A água é composta por várias moléculas. Cada molécula contêm dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Esta estrutura química é responsável por algumas propriedades que tornam a água fundamental para a existência de vida no planeta Terra.

PROPRIEDADES DA ÁGUA

Para compreender as propriedades são propostas algumas atividades práticas simples, que podem ser realizadas com os alunos:

ATIVIDADES PRÁTICAS

Capacidade Térmica e Calor Específico

1. Coloque água num copo de papel e aqueça-o. Use um termômetro para registrar a temperatura da água. Em seguida aqueça um copo de papel vazio. Observe o que acontece.

Explicação: Quando esquentamos um copo de papel com água dentro, observamos que o papel não queima, e que a temperatura da água aumenta. Isso acontece porque a água é capaz de absorver o calor do copo, de modo que este não queime. Essa capacidade é conhecida como capacidade térmica, e no caso da água se diz alta capacidade térmica, porque é necessário fornecer muito calor para conseguir aumentar a temperatura da água. O calor específico é a quantidade de calor necessária para alterar em 1°C a temperatura. A água possui um elevado calor específico, ou seja, é necessário fornecer ou retirar uma grande quantidade de calor para que se altere a temperatura.

Solvente universal

1. Coloque 3 colheres de açúcar ou sal num copo com água e mexa. O que aconteceu com o açúcar/sal que foi colocado na água? Desapareceu, não existe mais?

Explicação: Podemos dizer que desapareceu, porque não o enxergamos mais, porém ele ainda está no copo, ou melhor, está dissolvido na água, portanto não sumiu! A água é capaz de quebrar, como se estivesse desmanchando o açúcar ou sal em partes tão pequenas que não conseguimos mais enxergá-las. Essa capacidade de dissolver as substâncias faz com que a água seja considerada um solvente universal.

2. Continue colocando açúcar ou sal na água até conseguir observá-los no fundo do copo.

Explicação: Depois de uma determinada quantidade de açúcar ou sal colocada, a água não é mais capaz de dissolvê-los. Dizemos então que neste momento foi atingido o ponto de saturação, ou seja, não importa a quantidade da substância, pois não ocorrerá mais dissolução.

Transporte

1. Pingue algumas gotas de corante num copo com água, pode ser a anilina, azul de metileno ou tinta guache. Coloque uma rosa no copo e espere cerca de 30 minutos. Observe o que acontece na flor.

Explicação: As pétalas mudam de cor porque o corante é transportado pela água através dos vasos condutores das plantas, do ramo até a flor. Esta prática caracteriza a capacidade de transporte de líquidos ou partículas que a água possui.

Tensão superficial

1. Introduza o dedo lentamente num copo com água até atingir o fundo. Em seguida, coloque outros objetos como alfinete, gilete ou tampa de caneta. Coloque agora algumas gotas de detergente no copo e observe.

Explicação: Devido às características físicas e químicas da água forma-se uma tensão superficial. Esta tensão é uma força capaz de manter a água unida, coesa, como se existisse uma capa cobrindo a água. Objetos leves não conseguem romper esta camada, e portanto não afundam, e às vezes nem se molham. O detergente, porém, é capaz de romper esta película que se forma na superfície da água, "quebrando" a tensão superficial.

Repetindo: as características da água fazem deste elemento um recurso único e fundamental na natureza.

Graças à capacidade térmica, os vegetais conseguem absorver a radiação solar (para realizar a fotossíntese) sem se queimarem. A transpiração, tanto nos vegetais quanto nos animais, tem o mesmo efeito: auxilia o resfriamento do corpo, pois a água, quando evapora, absorve uma grande quantidade de calor do meio onde está. Outro exemplo é a água do mar ou mesmo piscina: quando há uma variação grande de temperatura externa, a temperatura da água quase não se altera

A capacidade da água de transportar substâncias é vital nos seres vivos, pois o sangue, que é constituído por aproximadamente 60% de água, transporta gases, nutrientes e produtos da excreção para diferentes partes do corpo.
 

 

Figura 13: Besouros
A tensão superficial permite que alguns insetos, como os besouros, por exemplo, consigam se movimentar na superfície da água. Além de leves, as patas dos insetos são largas e desta maneira diminuem a pressão do corpo na água. Lembre-se de que quanto maior a área de um corpo, menor é a pressão que ele exerce numa superfície.

Como vimos anteriormente a água pode ser encontrada sob diversas formas na natureza. Para que possa ser consumida pelo ser humano entretanto, deve reunir qualidades visuais como incolor ou transparente, ser inodora (sem cheiro), e insípida (sem gosto de outras substâncias) sendo então considerada água potável. A presença de sais minerais dissolvidos caracteriza a água mineral que geralmente é potável. É possível retirar os minerais da água usando um aparelho conhecido como destilador. A água sem minerais é usada em laboratórios químicos e é conhecida como água destilada. A água destilada não deve ser consumida, pois além do gosto ruim, pode fazer mal à nossa saúde.

É importante diferenciar as características da água potável para outros líquidos que bebemos: o suco tem cor, cheiro e sabor da fruta do qual é feito, o refrigerante tem cor e sabor artificiais, além da consistência diferente.

A água do mar não é potável, porque possui uma quantidade elevada de sais dissolvidos. Se bebermos um pouco percebemos o gosto de sal, que em excesso prejudica nosso organismo. Rios e lagos próximos de cidades também possuem água que não deve ser consumida, principalmente porque nela podem estar presentes alguns microrganismos que causam doenças, além de outras substâncias químicas.

Portanto, preste atenção, não é só porque a água é transparente que ela é potável.


2. Por que a água fervida deve ser agitada?
Resposta


UTILIZAÇÃO DA ÁGUA

A água sempre foi utilizada pelos seres humanos como recurso, seja para o próprio consumo ou fonte de alimentos. O estabelecimento de um grupo de pessoas em um local era determinado em grande parte pela presença de água nas proximidades.

Com o passar do tempo o ser humano aprendeu a utilizar a força das águas para fazer funcionar moinhos e máquinas.
 

Figura 14: Locomotiva a vapor
Há cerca de 250 anos atrás foram criadas máquinas, locomotivas e alguns barcos movidos a vapor de água. Era necessário ferver uma grande quantidade de água para que o vapor desse impulso às máquinas.

Figura 15: Usina Hidrelétrica de Itaipu
O avanço da tecnologia possibilitou a utilização da água, em grande quantidade, para a produção de energia elétrica nas usinas hidrelétricas e irrigação.

Figura 16: Irrigação

Figura 17: Higiene
Usamos água diariamente, na nossa higiene, para o consumo e até recreação e geralmente nem nos damos conta da importância da água. Quando ligar o chuveiro na próxima vez procure refletir um pouco sobre este recurso.
Figura 18: Recreação
3. Como a água chega até nossas casas?
Resposta

As estações de tratamento são locais onde a água é tratada para que possa ser consumida. As etapas do tratamento são semelhantes aos processos que ocorrem na natureza, embora sejam usadas substâncias que acelerem a purificação. O tratamento é feito em várias etapas:
 

Figura 19: Modelo de estação de tratamento de água.

1) Retirada dos rios e represas por meio de bombas; a água é conduzida através de canos até as estações de tratamento.
2) Depositada em um tanque, a água recebe duas substâncias: cal e sulfato de alumínio. Esses produtos fazem a sujeira descer para o fundo do tanque.
3) Passa por grandes filtros de cascalho, que são pequenas lascas de rocha, depois por filtros de areia.
4) A seguir, é misturada com produtos químicos, como o cloro, que matam os micróbios. Em alguns lugares também recebe flúor.
5) Saindo das estações de tratamento, a água é recolhida em grandes reservatórios e daí canalizada e distribuída para os bairros, chegando até as torneiras onde será utilizada. As caixas d'água são reservatórios temporários de água. Embora fiquem tampadas, é necessário que sejam esvaziadas e lavadas duas vezes por ano.

Assim purificada, a água torna-se potável, isto é, própria para o consumo. A água potável não tem gosto, cor ou cheiro, mas conserva os sais minerais.

A água usada para beber deve ser filtrada ou fervida, diminuindo assim o risco de contaminação por doenças. Caso a água não venha de uma estação de tratamento, além de filtrar ou ferver, deve-se clorar. Para clorar, pingue uma gota de cloro para cada litro de água, agite e deixe descansar por 20 minutos (a Secretaria do Meio Ambiente fornece cloro gratuitamente).

No começo desta unidade falamos sobre a água subterrânea e sua utilização através da construção de poços artesianos e freáticos. Geralmente a água retirade de poços é de ótima qualidade devido à infiltração no solo.
 
4. Qual a diferença entre poços artesianos e freáticos?
Respostal


POLUIÇÃO DA ÁGUA

Devido à capacidade de transporte a água tem sido utilizada também para lançamento de resíduos.
 

Na maioria das cidades brasileiras não há tratamento de esgoto, sendo os resíduos lançados diretamente nos corpos d'água como rios ou no mar, contaminando assim estes ambientes. Em grandes cidades a quantidade de esgoto lançada é tão alta que os rios tornam-se poluídos e praticamente sem vida.

Figura 20: Peças sanitárias.
Da pia da cozinha, do vaso sanitário e dos ralos partem canos que conduzem a água misturada com resíduos para tubos que formam os canais de esgoto da cidade. Todo este material segue em tubulações maiores até estações de tratamento.
Figura 21: Esgoto
5. Qual a diferença entre poluição e contaminação?
Resposta

A água contaminada industrialmente contém compostos químicos, geralmente resíduos, que são transportados e podem se transformar em produtos danosos à saúde não só de seres humanos mas de outros organismos. Embora existam leis que proíbem lançamentos de resíduos sem tratamento, muitas indústrias continuam despejando produtos químicos, substâncias tóxicas e mesmo objetos maiores sem controle.
 

Em áreas rurais onde geralmente não existe rede de esgoto, os resíduos são lançados em fossas. A fossa é um buraco cavado no quintal, onde o material lançado permanece até ser decomposto e mineralizado. As bactérias atuam transformando os resíduos orgânicos que depois se infiltram pelo solo, completando a purificação.
Figura 22: Bactérias
Seres patogênicos, geralmente microscópicos, como bactérias e vírus, são encontrados na água onde não há tratamento de esgoto doméstico. Pessoas doentes liberam através das fezes e urina microrganismos que continuam vivos e podem infetar outras pessoas. Algumas doenças como cólera, pólio e hepatite são transmitidas pela água.

A agricultura usa água principalmente na irrigação, mas também para lavar locais onde ficam os animais e embalagens de pesticidas, geralmente tóxicos. A atividade agrícola portanto também pode causar poluição da água, através do escoamento de água contaminada para um rio ou infiltrando-se até atingir lençóis de água subterrâneos.

A utilização da água nas atividades humanas, sem que haja um devido tratamento para resíduos domésticos, industriais e agrícolas, pode provocar uma série de problemas, como a transmissão de doenças, contaminação e poluição de rios e da água subterrânea.
 

 
Figura 23: Enchente em São Paulo
ENCHENTES:
Nas cidades as enchentes causam muitos transtornos. Não só dificuldades de acesso e problemas de trânsito mas também aumento de doenças. Lembre-se da capacidade de transporte da água: podem ser levados organismos nocivos de um local a outro da cidade. As enchentes são causadas por dificuldades de escoamento da água. Nas cidades existe muito asfalto e concreto que dificultam a infiltração da água, até mesmo bueiros entupidos por lixo contribuem. É necessário entretanto lembrar que as enchentes são naturais e as consequências podem ser previstas.



CURIOSIDADE

No Pantanal (região Centro-Oeste do Brasil), durante quase metade do ano, as terras ficam encobertas com água. Para permitir que o gado continue se alimentando, os peões os conduzem até as partes mais altas das fazendas.
 

 
Inúmeros casos de inundação e destruição de cidades inteiras ocorrem desde os tempos mais antigos, na região situada entre os rios Tigre e Eufrates, ou no rio Nilo, todos em regiões desérticas. Os egípcios construíram as "estações de medição de enchentes", ou nilômetros, em comunicação com o Nilo, para verificar a qualquer momento o nível e a tendência do rio subir ou baixar, prevendo as grandes cheias e as secas prolongadas. O rio Nilo é o rio mais longo do mundo e responsável pela fertilidade das terras à sua margem.
Figura 24: O Rio Nilo

A poluição da água pode ser medida de várias maneiras:

DBO: Nos sistemas aquáticos ocorrem processos naturais para "limpar" a água. O que acontece, por exemplo, com os peixes ou plantas depois que morrem? Boa parte pode ser consumida por outros organismos, mas o resto é decomposto. A decomposição é um processo lento que consome oxigênio. A quantidade de oxigênio consumida é chamada Demanda Bioquímica de Oxigênio. O mesmo processo de decomposição ocorre também com esgoto lançado na água. Porém quando se lança uma grande quantidade de resíduos , o tempo necessário para decomposição é maior e às vezes incompleto. O índice (DBO), portanto, é usado para caracterizar substâncias quanto ao tempo necessário para serem "eliminadas" do ambiente.

COLIFORMES FECAIS: Ocasionalmente ouvimos nos noticiários que foi encontrado uma quantidade elevada de coliformes fecais no leite ou na água de abastecimento de uma cidade, mas o que isto significa? Dentro do nosso corpo existem bactérias (do tipo coliformes) que são eliminadas quando evacuamos. Quando é encontrada uma quantidade elevada de coliformes na água pode-se concluir que não houve um tratamento adequado da água.

METAIS PESADOS: Vimos que a água pode transportar partículas que nem conseguimos enxergar. Algumas delas podem tornar-se tóxicas se presentes em grandes quantidades. Geralmente estas substâncias vêm de indústrias e de produtos químicos usados na agricultura. Se na análise de água é encontrada elevada concentração de metais ou outros elementos, significa que não houve tratamento de resíduos.

Questões de Auto-Avaliação

1- Qual a importância da água para os seres vivos? Cite outras utilizações da água.

2- Observe o ciclo das águas e responda: A chuva que cai nos locais próximos dos oceanos é salgada? Por quê?

3- Qual a diferença entre água filtrada, mineral, potável e destilada? A partir dessas definições, como você classificaria a chuva?

4- Quando a roupa seca no varal, qual é o processo que está ocorrendo: evaporação ou vaporização?

5- Em qual parte do planeta existe água, em maior quantidade, própria para o consumo humano?

6- Quais as fontes poluidoras da água?

7- Quais as ações para diminuir a poluição na água?

Respostas Questões de Auto Avaliação


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