PROFESSOR PDE
JOSÉ LUIZ DOMINGUES GALVÃO PROFESSOR ORIENTADOR
PFOFESSOR DOUTOR BARTOLOMEU TAVARES
ÁGUA: CONHECER E ENTENDER PARA PRESERVAR CASCAVEL
DEZEMBRO 2008 Secretaria de Estado da Educação – SEED Superintendência da Educação – SUED Diretoria de Políticas e Programas Educacionais – DPPE
Programa de Desenvolvimento Educacional – PDE FICHA DE IDENTIFICAÇÃO DA PRODUÇÃO DIDÁTICO­PEDAGÓGICA
PROFESSOR PDE
1. Nome do Professor: José Luiz Domingues Galvão
2. Disciplina/Área: Ciências
3. IES: Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE 4. Orientador: Prof. Dr. Bartolomeu Tavares 5. Co­Orientador: xx
6. Caracterização do objeto de estudo: O objeto de estudo é a Água, nas suas interfaces científica (propriedades físico­químicas e importância biológica) e comportamental (uso, consumo e preservação).
7. Título da Produção Didático­Pedagógica: ÁGUA: CONHECER E ENTENDER PARA PRESERVAR
8. Justificativa da Produção: Diante de uma escassez cada vez maior de água, distribuição desigual e, paradoxalmente, desperdício e mau uso, faz­se necessário conhecer melhor seus aspectos e importância, para a devida preservação.
9. Objetivo Geral da Produção: Proporcionar ao aluno um aprofundamento dos conhecimentos científico, no que se refere as propriedades físico­químicas e importância biológica da água, e, aspectos sócio­culturais, como distribuição, acesso e utilização da água. Possibilitando ao aluno um cabedal que lhe proporcione dar à devida e necessária importância à água, e, possibilitando, através da conscientização, uma imperiosa postura de preservação e economia de água.
10. Tipo da Produção Didático­Pedagógica: Material de apoio para o professor
11. Público­alvo: Professores e alunos do Ensino Fundamental do Colégio Estadual Eleodoro Ébano Pereira
Cascavel 09 de dezembro de 2008
José Luiz Domingues Galvão
Professor PDE
SUMÁRIO
1­ INTRODUÇÃO 01
1.1­ Água: Generalidades 02
1.2­ Água: Origem, percentual e importância 04
2­ ESTABELECENDO CONCEITOS E PROPRIEDADES 05
2.1­ Recursos Naturais 06
2.2­ Hidrosfera 06
2.3­ Formação dos líquidos 07
2.3.1­ Propriedades Gerais dos líquidos 08
2.3.2­ Evaporação 09
2.3.3­ Ebulição 11
2.3.4­ Calor específico e calor de vaporização da água 12
3­ PROPRIEDADES DA ÁGUA 13
3.1­ Propriedades Químicas da água 14
3.1.1­ Forças intermoleculares 16
3.1.2­ A água como solvente 18
3.2­ Propriedades físicas da água 20
3.2.1­ Tensão superficial 20
3.2.2­ Movimento Brawniano 23
3.2.3­ Principio de Pascal ou Teoria de Pascal 25
3.2.4­ Empuxo 25
3.2.5­ Densidade 26
3.2.6­ Estado Físico 29
3.2.6.1­ Fases da matéria 30
3.2.6.2­ Influência da temperatura no estado físico 31
3.2.6.3­ Mudanças de fase 31
4­ IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA ÁGUA 32
5­ IMPORTÂNCIA ECONÔMICA E SOCIAL DA ÁGUA 37
5.1­ Água: uso e consumo 40
APRESENTAÇÃO
Nossa cultura carrega no seu imaginário a ausência de limites dos recursos naturais, especialmente a água, por ser abundante e renovável.
Por assim entender, também “não vê razão para economizar” e paralelamente a estes inadequados pensamento e comportamento, ocorre uma escassez progressiva da água em âmbito mundial, tanto em disponibilidade quanto em quantidade.
Com base na disponibilidade de menos de 1.000m3 de água renovável por pessoa/
ano, existem projeções que antecipam a escassez progressiva de água em diversos países do mundo, no intervalo 1955­2025. Em 1955, cinco países entravam nessa lista, em 1990 mais 13 países foram adicionados, e sob todas as projeções de crescimento populacional das Nações Unidas para o ano de 2025 mais dez países encontram­se adicionados aos anteriores (TORRES, 2997).
Assim, com o crescimento populacional estimado em 80% nas áreas urbanas, por volta de 2025, a população com escassez de água será dez vezes maior do que a atual.
Medidas como conservar, aumentar a eficiência no consumo e reusar adiam a escassez que se aproxima no futuro e podem trazer sustentabilidade ao crescimento populacional.
A educação é, portanto, um mecanismo que pode preventivamente contribuir para a solução do problema futuro de escassez de água, pois a manutenção dos atuais paradigmas de consumo levará a níveis socialmente inaceitáveis que determinarão a implantação de preços para utilização da água.
Desta forma, o presente tema “ÁGUA: Conhecer e Entender Para Preservar” tem por finalidade ampliar os conhecimentos relativos a água, nas interfaces científica e comportamental, tendo como objetivo criar nas pessoas diretamente envolvidas no trabalho uma mentalidade e comportamento preservacionista, afim de valorizar o “precioso” líquido e utilizá­lo da melhor forma possível, com propriedade e economia. Assim, o trabalho está dividido em 5 partes. Na primeira parte, a introdução, “fala­
se” sobre generalidades da água, aspectos legais, origem, percentual e importância. Na segunda parte “Estabelecendo conceitos e propriedades” os “recursos naturais” e a “hidrosfera” são conceituados de forma introdutória ao estudo dos líquidos, sua formação e propriedades gerais.
Na terceira parte é estudada as principais propriedades químicas e físicas da água, tentando estabelecer relações dessas propriedades com situações de nosso cotidiano.
Na quarta parte, “Importância biológica da água” é tratada a importância da água para a sobrevivência dos seres vivos, as doenças que podem ser causadas pela sua falta ou pela sua contaminação e/ou poluição.
Na quinta e última parte sob o título “Importância econômica e social da água” fala­
se da água no que se refere ao saneamento básico, ou seja, a canalização e distribuição de água tratada, a rede de esgotos e seu uso no setor econômico.
Ao final do trabalho espera­se que tenha “nascido” a consciência coletiva da necessidade de economizar e preservar esse precioso bem, na escola, em casa, onde for possível. Pois não há como aguardar que outros tomem providências, é necessário que todos tomem providências. Neste particular a Escola assume fundamental importância, não só a que a Lei lhe conferiu, mas por ser o espaço apropriado para tal. Quer dizer, a escola é o espaço onde o conhecimento científico é sistematizado e organizado para somado ao conhecimento que o educando traz consigo, “provocar” mudanças de comportamento gerando o tão sonhado, pelos educadores, exercício da cidadania, pelo menos no que concerne a preservação; pois se o educando internalizar e se conscientizar da conveniência dessa necessidade, e, difundir a idéia entre familiares, amigos e vizinhança, muito provavelmente, em pouco tempo, menos pessoas agirão de forma inconveniente, como por exemplo, varrer calçadas com jatos d’água. 1
ÁGUA: CONHECER E ENTENDER PARA PRESERVAR
1­ INTRODUÇÃO
O que difere o planeta Terra dos demais planetas do Sistema Solar é a presença de condições peculiares que permitem a existência de uma exuberante biodiversidade. A camada gasosa que envolve o planeta, uma temperatura média de 15ºC e, principalmente, água no estado líquido, que entre outros fatores, são determinantes para a manutenção das condições que favorecem o desenvolvimento da vida, bem como sua manutenção.
Atualmente, mais precisamente a partir do inicio da década de 90 (p. ex. Eco­92 e Protocolo de Kyoto, em 1997) tem­se uma crescente preocupação com o meio ambiente, dada a exploração desordenada e descontrolada dos recursos ambientais, provocando, assim, desequilíbrios que acabam por interferir e por vezes alterar o equilíbrio do meio ambiente.
Muito se especula e pouco efetivamente se faz para diminuir os impactos que o homem provoca no ambiente. Neste sentido há uma responsabilidade geral, tanto no aspecto individual quanto coletivo, do cidadão ao Estado, passando, inclusive pelos grandes conglomerados, em preservar o meio ambiente, bem como usar adequadamente os recursos naturais.
Na busca de soluções, a legislação tem ocupado o espaço que lhe compete através, originariamente, da Constituição Federal no Art. 225, parágrafo 1º, inciso VI, que estabelece a incumbência do poder público promover a educação ambiental em todos os níveis, e, também, legislação específica, como por exemplo, a lei 9795/99 que institui a Educação Ambiental e o Decreto Nº 4.281/02 que regulamenta a referida Lei (9795/99). A Lei 9.795 nos artigos 9º e 13º distingue a Educação Ambiental Formal, desenvolvida no âmbito dos currículos das instituições de ensino público e privada, da Educação Ambiental Não­Formal, desenvolvidas através de ações e práticas educativas voltadas à sensibilização da coletividade sobre as questões ambientais. Esta divisão tem por finalidade delimitar os responsáveis pelos objetivos da Educação Ambiental dentro do âmbito de atuação de cada um conforme o art. 3º da referida Lei. O papel da cada um destes segmentos educacionais é o “desenvolvimento de uma compreensão integrada do 2
Meio Ambiente em suas múltiplas e complexas relações, envolvendo aspectos ecológicos, psicológicos, legais, políticos, sociais, econômicos, científicos, culturais e éticos”, como refere o artigo 5º da Lei.
No Ensino Fundamental e Médio há uma tímida ação de parte dos professores em difundir, através de suas disciplinas, a educação ambiental. Dentro de sala de aula tem­se a impressão de ter­se alcançado o objetivo, mas basta circular pelas dependências da Escola, principalmente, durante e após o intervalo para verificar­se que o trabalho não foi posto em prática, ou seja, o comportamento dos educandos, via de regra, não se traduz em um comportamento de efetivo cuidado com o ambiente. Chão sujo, descargas arrebentadas, torneiras abertas e/ou estragadas, enfim, o que mais chama atenção, além da sujeira, é o desperdício de água, o que é pior, água tratada, própria para consumo humano sendo desperdiçada. Urge uma ação que minimize este comportamento, que crie a consciência coletiva da necessidade de economizar e preservar esse precioso bem, na escola, em casa, onde for possível. Não há como aguardar que outros tomem providências, é necessário que todos tomem providências. Neste particular a Escola assume fundamental importância, não só a que a Lei lhe conferiu, mas por ser o espaço apropriado para tal. A escola é o espaço onde o conhecimento científico é sistematizado e organizado para somado ao conhecimento que o educando traz consigo, “provocar” mudanças de comportamento gerando o tão sonhado, pelos educadores, exercício da cidadania, pelo menos no que concerne a preservação; pois se o educando internalizar e se conscientizar da conveniência dessa necessidade, e, difundir a idéia entre familiares, amigos e vizinhança, muito provavelmente, em pouco tempo, menos pessoas agirão de forma inconveniente, como por exemplo, varrer calçadas com jatos d’água. 1.1­ Água: generalidades
Embora dependam da água para a sobrevivência e para o desenvolvimento econômico, as sociedades humanas poluem e degradam este recurso, tanto as águas superficiais quanto as subterrâneas. A diversificação dos usos múltiplos, o despejo de resíduos líquidos e sólidos em rios, lagos e represas e a destruição das áreas alagadas e 3
das matas galeria têm produzido contínua e sistemática deterioração e perdas extremamente elevadas em quantidade e qualidade da água (TUNDISI, 2003).
Os usos da água geram conflitos em razão de sua multiplicidade e finalidades diversas, as quais demandam quantidades e qualidades diferentes. Águas para abastecimento público, hidroeletricidade, agricultura e piscicultura, transporte, recreação, turismo, disposição de resíduos, indústria, todos esses usos são conflitantes e têm gerado tensões, em muitos casos resolvidas nos tribunais, e também têm produzido muitos problemas legais.(TUNDISI, 2003).
Segundo a ONU, pelo menos um bilhão de pessoas em todo o mundo não dispõem, atualmente, de fontes seguras de água para beber, cozinhar ou cuidados pessoais; enquanto isso, outras ainda se permitem um desfrute que beira a irresponsabilidade. Em muitas regiões, as pessoas precisam deslocar­se por longas distâncias em busca de uma quantidade irrisória de água, nem sempre de boa qualidade. Essa atividade é geralmente executada por mulheres e crianças, acarretando grande gasto de tempo, dificultando o acesso à escola e agravando a pobreza. A Organização Mundial da Saúde estima que 80% de todas as doenças humanas decorrem da falta de acesso à água adequada para o consumo humano. Metade da população mundial não dispõe de rede satisfatória de abastecimento de água e, em cada cinco habitantes do planeta, um está privado de água de boa qualidade. (MERCADANTE e FAVARETO, 1999). Para piorar esse quadro há a constatação de que a disponibilidade de água vem se reduzindo em todas as regiões do Planeta, como demonstra a tabela 01.
Tab. 01 DISPONIBILIDADE DE ÁGUA/REGIÃO (1.000m3)
REGIAO
1950
África 20,6
Ásia 9,6
Europa 5,9
América do 37,2
Norte América 105,0
Latina TOTAL 178,3
Fonte:TORRES. p.397 1960
16,5
7,9
5,4
30,2
1970
12,7
6,1
4,9
25,2
1980
9,4
5,1
4,4
21,3
2000
5,1
3,3
4,1
17,5
80,2
61,7
48,8
28,3
140,2
110,6
89
58,3
4
Um dos maiores flagelos da humanidade, a peste bubônica disseminou­se pela Europa na Idade Média, devido às precárias condições de higiene reinantes na época, chegando a matar cerca de 25% da população européia. Um dos maiores passos dados pela humanidade rumo a uma vida mais saudável foi o desenvolvimento de hábitos de higiene, que pode ser definida como um conjunto de princípios e atitudes relativos a limpeza. A limpeza do corpo, das roupas, dos utensílios e das habitações diminui sensivelmente o risco de doenças causadas por fungos, bactérias, vírus, protozoários e vermes (AMABIS e MARTHO, 2002).
A água é um elemento essencial para a manutenção da vida e para promoção do desenvolvimento, mas a água potável não estará disponível infinitamente. Ela é um recurso renovável mas limitado, e a sua disponibilidade tende a reduzir em decorrência da degradação do ambiente. Parece inacreditável, mas a água, tão abundante no planeta, deve ser um grande fator limitante do desenvolvimento nos próximos anos.
A escassez da água, que era considerada no passado recente como uma hipótese restrita a regiões áridas, assume uma importância estratégica em todas as regiões do mundo. A compreensão da água como recurso natural renovável mas limitado foi estabelecida na Conferência Mundial sobre Recursos Hídricos. No contexto atual, os recursos hídricos começam a ser entendidos como sinônimos de oportunidade de desenvolvimento, e que, como já dito, muito provavelmente serão o grande limitador do crescimento humano (TORRES, 2007).
Sabe­se, então, que não basta que a água exista: é preciso que ela esteja disponível e em quantidade e qualidade adequados. Esse precioso recurso tem ainda um papel privilegiado na gestão ambiental. Pela sua característica de ser o solvente universal, a água desempenha um importante papel como elemento de ligação entre os compartimentos ambientais. O aumento da demanda causado pelo crescimento populacional e pela significativa ampliação dos níveis de consumo per capita encontra uma disponibilidade cada vez mais reduzida, determinada pela degradação da qualidade, que inviabiliza determinados usos (TORRES, 2007).
1.2­ Água: origem, percentual e importância
A origem da Terra se deu há aproximadamente 5 bilhões de anos. As condições 5
originais deste planeta eram muito diferentes das atuais: a atmosfera estava em formação, a temperatura era muito mais elevada e praticamente toda a superfície era coberta de água. A vida, portanto, apareceu primitivamente na água sob formas muito rudimentares. As espécies foram se aperfeiçoando sucessivamente e algumas delas evoluíram para se adaptar à vida terrestre e à aérea. A água ocupa hoje aproximadamente 2/3 da superfície da Terra. Ocorre, no entanto, que apenas uma pequena fração pode ser potencialmente consumida porque a maior parte, 97%, é salgada e dos 3% restantes apenas 0,001% flui pelos rios, estando facilmente disponível para uso. O restante tem uma disponibilidade muito restrita, pois encontra­se em geleiras, icebergs e em subsolos muito profundos. Esses percentuais, de acordo com o autor pesquisado, podem sofrer pequenas alterações, conforme pode ser observado no diagrama abaixo:
Disponível em http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycleportuguese.html acesso 02/10/08
2­ ESTABELECENDO CONCEITOS E PROPRIEDADES
Ao estudar a água, um dos recursos naturais mais abundantes, de forma geral estará estudando a matéria no seu estado líquido. Toda matéria caracteriza­se pelas suas 6
propriedades, que por sua vez poderão determinar ou ser determinadas por seu estado físico. Desta forma ao iniciamos este estudo é oportuno estabelecer alguns conceitos, propriedades e relações que poderão em muito auxiliar o estudo, como por exemplo, os conceitos de recursos naturais, hidrosfera, líquidos, fluídos, propriedades gerais dos líquidos, ebulição e evaporação.
2.1­ Recursos Naturais
Os seres vivos extraem da Terra tudo o que dela necessitam; a única exceção é a energia solar.
Das três partes constituintes da Terra: sólida (litosfera), líquida (hidrosfera) e gasosa (atmosfera), retiramos todas as substâncias necessárias. Mas nem sempre as retiramos ou as devolvemos com cuidado; a retirada pode esgotar a fonte e a devolução, exceder à capacidade de absorção da Terra. Em certas regiões, a saturação de produtos já foi ultrapassada e as conseqüências são drásticas; e com a água não é diferente, tornando­se um recurso cada vez mais escasso, e com suas propriedade e composição alteradas por poluição e contaminação.
Poluição­ significa a ocorrência de substâncias tóxicas em excesso no ambiente. Ex.mercúrio e óleo. Contaminação­ é sempre causada por seres vivos, como micróbios e vermes, que provocam doenças. Ex. esquistossomose. 2.2­ Hidrosfera Hidrosfera é o conjunto de toda a camada descontínua de água presente na Terra, ou seja, é toda a parte líquida contida no planeta; incluindo todos os organismos vivos presentes nos meios aquáticos. A hidrosfera compreende os oceanos, rios, lagos, calotas de gelo, água no subsolo, atmosfera e etc. Quanto as substâncias dissolvidas na água, estas variam em função da localização e da ocorrência das fontes de extração. Por exemplo, a água da chuva, apesar de sua pureza, contém gases dissolvidos e partículas sólidas; a água mineral própria para consumo humano, também contém sais dissolvidos; a água salobra, imprópria para 7
consumo humano, possui altas quantidades de sais e a água do mar, também imprópria para consumo humano, contém uma média de 3,4% de sais dissolvidos (cloretos e sulfatos de sódio, magnésio, cálcio).
As tabelas O2 e 03 mostram a composição média de íons dissolvidos na água do mar e na água das chuvas continental e marinha. Compare os íons presentes nas águas do mar e das chuvas continental e marinha.
Tab. 02: Composição média de íons dissolvidos na água do mar
Íons Porcentagem (em massa)
dissolvidos
Cloreto, Cl¹­
Sódio, Na¹+
Sulfato, SO4²­
Magnésio, Mg²+
Cálcio, Ca²+
Fonte: COVRE. 2001. p,208
1,93
1,07
0,27
0,12
0,04
Tab. 03: Composição química da água da chuva. Valores em mg
Íons
Continental
Marinha
+
Na
0,2 – 1,0
2,0 – 5,0
2+
Mg
0,05 – 0,5
0,4 – 1,5
+
K
0,1 – 0,5
0,2 – 0,6
Ca2+
0,2 – 4,0
0,2 – 1,5
+
NH 4
0,1 – 0,5
0,01 – 0,05
Ph
4,0 – 6,0
5,0 – 6,0
Cl­
0,2 – 2,0
1,0 – 10,0
SO42­
1,0 – 3,0
1,0 – 3,0
­
NO3
0,4 – 1,3
0,1 – 0,5
Fonte: ESTEVES. 1988, p. 58
2.3­ FORMAÇÃO DOS LÍQUIDOS
Um líquido pode ser formado: (1) fundindo um sólido ou (2) condensando (liquefazendo) um gás. No primeiro processo, a energia é absorvida pelo sólido e esta é utilizada para superar as forças de atração entre as partículas no retículo cristalino. No último processo, a energia é retirada quando as forças de atração são estabelecidas entre moléculas no líquido. Um líquido se parece muito com um sólido no que diz respeito à proximidade entre 8
as suas partículas, mas ao mesmo tempo se assemelha muito a um gás, pois as moléculas não estão regularmente ordenadas. Quais são as propriedades dos líquidos e como podem ser explicada em termos deste modelo de aproximação­mas­
desorganização?
2.3.1­ Propriedades Gerais Dos Líquidos (segundo RUSSELL, 1981. p. 294)
1. Os líquidos se escoam prontamente. Devido ao fato das moléculas num líquido não estarem imobilizadas num esquema fixo, como o estão num sólido, podem deslizar facilmente uma sobre as outras. Desta maneira os líquidos assumem a forma do recipiente no qual são colocados. Entretanto, as forças intermoleculares são maiores nos líquidos do que nos gases. Isto faz com que a viscosidade (resistência interna ao escoamento) de um líquido seja consideravelmente maior que a de um gás. 2. Os líquidos difundem­se mais lentamente do que os gases. Os gases difundem­se de maneira relativamente rápida porque a maior parte de seu volume é constituída de espaço vazio e o movimento das moléculas é impedido, unicamente, por uma colisão ocasional. Num líquido, o movimento de cada molécula é impedido por muitas outras e assim não pode se movimentar com liberdade em qualquer direção. Uma solução aquosa de um corante em contato com água pura difunde­se na mesma muito lentamente. Em contraste, as moléculas de um perfume (vaporizado), quando expostas num lado de uma sala, podem ser detectadas do outro lado da mesma, apenas em poucos minutos depois de libertadas da sua fonte (evidentemente os sólidos difundem­se ainda mais vagarosamente do que os líquidos).
3. Os líquidos são menos compressíveis do que os gases. São necessárias pressões enormes para reduzir, de forma apreciável, o volume de um líquido. Num líquido existe pouco espaço livre e, ainda, as repulsões entre as nuvens eletrônicas das moléculas opõem­se fortemente às tentativas de aproximá­las.
9
4. Um líquido mantém um volume característico. Apesar da forma do líquido depender do seu recipiente, ele não se expande para preenchê­lo todo, como faria o gás. As forças de atração intermoleculares num líquido impedem as que as moléculas se espalhem por todos os lados.
5. Os líquidos apresentam tensão superficial. Tensão superficial é a tendência, apresentada por um líquido, de reduzir ao mínimo sua área superficial. Surge do fato das moléculas na superfície estarem sujeitas a atrações provenientes de dentro do líquido mas não da direção contrária. Este desequilíbrio de forças dá origem à tensão superficial. O fato de uma agulha ou um alfinete poderem “flutuar” na água decorre da tensão superficial da água ser relativamente alta, a qual, por sua vez, é uma conseqüência da existência de forças intermoleculares forte. Os líquidos apresentam outras propriedades importantes na determinação do estado físico da água; a evaporação e a ebulição.
2.3.2­ Evaporação
Conceito: é a passagem da água do estado líquido para o estado sólido.
Desenvolvendo o conceito: a tendência à evaporação é uma propriedade importante dos líquidos. Assim como num sólido ou num gás, as moléculas do líquido possuem uma distribuição de velocidades e também de energias cinéticas. Em qualquer instante considerado, umas moléculas movimentam­se muito rapidamente, ao passo que outras ficam praticamente imóveis. No gráfico abaixo aparece a distribuição das energias moleculares cinéticas num líquido típico. A curva a reproduz a distribuição em certa temperatura arbitrária. Indica a fração do número total de moléculas que possui uma dada energia cinética a esta temperatura. Observa­se que no gráfico 01 (curva a) indica que a maioria das moléculas possui energia cinética baixa. Isto nos diz que a temperatura é relativamente baixa. Numa temperatura mais elevada, a distribuição muda (curva b). Aqui, verifica­se que existem menos moléculas lentas e mais moléculas rápidas. 10
Gráfico 01: Distribuição de energias cinéticas moleculares num líquido
a
Temperatura mais baixa
b
Temperatura mais alta
Fração de molé­
culas com uma dada energia Energia cinética molecular
Quando um líquido se evapora, as moléculas de sua superfície se desprendem e se afastam, se o movimento delas é suficientemente rápido para superar as forças de atração que existem entre elas e outras vizinhas. Num instante qualquer, uma fração das moléculas da superfície possui energia cinética suficiente para se libertar das moléculas vizinhas. Estas moléculas que se movimentam mais rapidamente ou, ainda, as moléculas “quentes”, são responsáveis pela evaporação.
Um copo de água quente evapora mais rapidamente do que um copo de água fria. Por quê? A linha tracejada vertical do gráfico acima, mostra o mínimo de energia cinética, Emín, que uma molécula deve possuir para passar para a fase gasosa. Observe que a fração do número total de moléculas que possui esta energia mínima (ou maior) é a maior a uma temperatura mais elevada. Quando a temperatura de um líquido aumenta, a maioria das moléculas passa a ter energia cinética suficiente e se livra das forças de atração das moléculas vizinhas. Assim, a velocidade de evaporação de um líquido cresce com o aumento da temperatura.
O fenômeno do resfriamento por evaporação é bastante familiar. Ao sairmos do chuveiro ou de uma piscina com uma brisa fraca, sentimos uma friagem inesperada devido, pelo menos em parte, ao resfriamento por evaporação da água aderente ao nosso corpo. Lembre que as moléculas que se movimentam rapidamente são as que se afastam durante o processo de evaporação. Ficam mais para o interior as moléculas que se 11
movimentam lentamente e, assim, à medida que ocorre a evaporação, a energia cinética média das moléculas remanescentes diminui gradativamente. Percebemos ou medimos esta diminuição acompanhando a perda de moléculas com energia cinética maior, que é traduzida por um decréscimo de temperatura. Refrigeradores por evaporação para residências e outros edifícios e mesmo automóveis se utilizam deste efeito para resfriar o ar circulante; são mais eficientes energeticamente do que os aparelhos convencionais de ar condicionado.
2.3.3­ EBULIÇÃO
Conceito: O fenômeno da ebulição ocorre quando uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso, e é constante para uma mesma substância, nas mesmas condições de pressão (Wikipédia, 2008). O ponto de ebulição da água no nível do mar é de 100,0°C.
Desenvolvendo o conceito: A tendência das moléculas escaparem da fase líquida para a gasosa é medida pela pressão de vapor (A pressão exercida por um gás em equilíbrio com o seu líquido é chamada equilíbrio de pressão de vapor do líquido. Em geral é chamada, simplificadamente, pressão de vapor do líquido). Quando se eleva a temperatura de um líquido, tal tendência aumenta até o ponto em que ocorre a ebulição. A ebulição consiste na formação de bolhas de vapor (gás) no meio líquido (As bolhas de gás formadas durante a ebulição sobem rapidamente à superfície, tornando­se cada vez maiores. Não devem ser confundidas com pequenas bolhas de ar recém dissolvidas que podem se formar bem abaixo do ponto de ebulição de um líquido). Estas bolhas podem­se formar quando a pressão de vapor se torna igual à pressão exercida sobre o líquido, normalmente a pressão atmosférica. Assim, o ponto de ebulição de um líquido é a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido é igual à pressão atmosférica. A pressão de vapor depende da tendência que as moléculas têm de escapar da fase líquida. Quando as forças de atração intermoleculares são fracas, as moléculas tendem a escapar com facilidade e a pressão de vapor em equilíbrio se torna alta. Assim, a medida da pressão de vapor fornece uma indicação da grandeza dessas forças. A pressão de vapor aumenta com a elevação da temperatura; porque à medida que a 12
temperatura se eleva, a fração de moléculas que pode escapar da fase líquida cresce e assim, no estado de equilíbrio, a pressão da fase gasosa é maior. 2.3.4­ Calor específico e calor de vaporização da água
Calor específico é por definição a quantidade de energia necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1kg de água a 14,5ºC e corresponde a 1 kcal (= 4,186J). Este valor para a água é muito elevado quando comparado a outros líquidos com características semelhantes, sendo ultrapassado apenas pela amônia liquida (1,23 kcal) e hidrogênio líquido (3,4 kcal). Em termos práticos, isto significa que a água, pode absorver grandes quantidades de calor sem sofrer grandes alterações de sua temperatura, garantindo, assim, mudanças térmicas somente gradativas.
Uma das conseqüências ecológicas mais importantes do alto calor específico da água, é a grande estabilidade térmica dos ecossistemas aquáticos. Isto se faz notar nas baixas variações diárias e sazonais da temperatura nestes ecossistemas, quando comparados aos terrestres. Exemplificando, pode­se citar o caso de regiões temperadas: enquanto nos ecossistemas aquáticos destas regiões a temperatura superficial da água dos lagos pode variar de 0ºC no inverno até cerca de 22ºC no verão, as temperaturas dos ecossistemas terrestres podem variar de aproximadamente ­40ºC até +40ºC durante o mesmo intervalo de tempo.
Outro fator importante para ser considerado é o alto calor de vaporização da água, ou seja, a quantidade de calor que deve ser fornecida para que ela se evapore. A 10ºC, por exemplo, o calor de vaporização da água é de 590 cal/g e a 100ºC, 540 cal/g. em conseqüência deste fenômeno, aproximadamente um terço da energia solar que chega à superfície da terra é dissipada pela água dos rios, lagos e oceanos. É importante não confundir calor sensível com calor latente; observe abaixo a diferença conceitual e exemplificação.
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Calor sensível é a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo, ao sofrer uma variação de temperatura sem que haja mudança de fase.
Calor latente é a quantidade de calor recebida sem o corpo varie a sua temperatura (permanece constante), sofrendo apenas uma mudança de fase. Desenvolvendo o conceito: Se uma tesoura de aço for colocada na chama de um fogo ela sofre um aquecimento, isto é, um aumento de temperatura. O calor recebido pela tesoura é sensível.
Um pedaço de gelo a 0 ºC, contido num recipiente colocado sobre o fogo, absorve calor sem aumentar de temperatura, até derreter completamente, quando então a água de fusão se aquece. O calor recebido pelo gelo é latente.
O comportamento das substâncias durante as mudanças de fase pode ser interpretado através dos seguintes fatos:
1º fato: para passar da fase líquida para a fase sólida, 1g de água precisa perder 80 cal. Do mesmo modo, para derreter, 1g de gelo precisa ganhar 80 cal. Note que 80 cal representam a quantidade de calor que a água ganha ou perde quando se derrete ou congela, quando está a 0 ºC.
2º fato: se a água está a 100 ºC, cada grama precisa de 540 cal para passar à fase gasosa, e cada grama de vapor precisa perder 540 cal para passar à fase líquida. O calor latente provoca unicamente uma mudança de fase do corpo, sem alterar sua temperatura.
3­ PROPRIEDADES DA ÁGUA
A água possui características químicas e físicas bastante especiais:
é um dos raros compostos que se apresentam na forma líquida em condições naturais, apresenta grande estabilidade, alta densidade, viscosidade e tensão superficial e é, ainda, um solvente universal. A água tem também um elevadíssimo calor específico (quantidade de calor necessária para alterar a temperatura da substância), que a torna capaz de absorver e liberar uma grande quantidade de calor, o que define uma grande estabilidade térmica nos ambientes líquidos ou por ele influenciados. Possui ainda o chamado calor de fusão, entendido como a quantidade de energia necessária para alterar a substância do estado sólido para o líquido. Isso significa que a água libera calor para se congelar. Por essa razão, as plantas podem ser protegidas contra a geada mediante aspersão de água pela irrigação. Quando congelada, ao invés de se retrair, como acontece com a maioria das substâncias, a água expande­se e, assim, flutua sobre a parte líquida, por ter se tornado 14
menos densa. Por essa razão o gelo bóia e as plantas morrem nas geadas, pois a água dilata­se estourando os seus vasos.
A grande maioria da literatura ao estudar as propriedades da água, o fazem sob a terminologia; “propriedades físico­químicas”. Mesmo os rótulos de água mineral, ao descrever o produto, via de regra usam duas tabelas; uma referente a composição química e outra referente às propriedades físico­químicas, como por exemplo na tabela abaixo extraída do rótulo de uma marca de água mineral. Neste trabalho tentaremos abordar as características físicas e químicas da água de forma separada apenas por uma questão didática, embora muitas das propriedades físicas sejam resultado de sua configuração química, que por sua vez podem ser alteradas devido a determinadas propriedades físicas. O quadro abaixo, tabela 04, refere algumas das propriedades físicas da água variando em função de outras propriedades, como por exemplo, a variação da densidade em função da temperatura.
Tab, 04: Algumas propriedades físicas da água Ponto de fusão a 1 atm
Ponto tríplice
Ponto de ebulição a 1 atm
Ponto crítico
Densidade do sólido a 0ºC
Densidade do líquido a 0ºC
Densidade do líquido a 4ºC
Densidade do líquido a 10ºC
Densidade do líquido 25ºC
Densidade do líquido 100ºC
Capacidade calorífica do líquido (de 14,5ºC e 15,5ºC)
Calor de fusão a 0ºC
Calor de vaporização a 100ºC
Constante dielétrica a 25ºC
Fonte: ESTEVES. 1988, p.100.
0,00ºC
0,01ºC, 4,60 torr
100,00ºC
347,0ºC, 218 atm
0,917 g/cm3
0,999 g/cm3
1,000 g/cm3
0,999 g/cm3
0,997 g/cm3
0,958 g/cm3
1,00cal/g x ºC
18,00 cal/mol x ºC
1,44 kcl/mol
9,71 kcl/mol
78,5
3.1­ Propriedades Químicas Da Água
A água é composta por dois elementos químicos: hidrogênio e oxigênio, representados pela fórmula H2O. Como substância, a água pura é incolor, insípida e 15
inodora. A disposição espacial desses dois átomos não é linear; eles formam um ângulo. Essa disposição dos átomos estabelece, na molécula, uma zona positiva de um lado e uma zona negativa do lado oposto. Moléculas que apresentam uma zona positiva e uma negativa são chamadas moléculas polares; as que não apresentam essas duas zonas são chamadas apolares, como é o caso dos lipídeos (gorduras, óleos e ceras).
Por causa da atração entre cargas elétricas opostas, cada molécula de água tende a se unir a outras quatro, de modo que um átomo de hidrogênio de uma molécula sempre se ligue ao átomo de hidrogênio de outra molécula. Essas interações são denominadas ligações de hidrogênio.
As moléculas de água ficam fortemente unidas, mantendo a água fluida e estável em condições normais de temperatura e pressão. Essa forte atração entre as moléculas de água é denominada coesão.
A coesão entre as moléculas de água no estado liquida é responsável por sua alta tensão superficial. É devido a essa propriedade que certos insetos e outros pequenos animais conseguem pousar e mesmo andar sobre a água parada, sem afundar. Gotas que se formam sobre certas superfícies, e mesmo as que pendem como pingos em torneiras, têm sua forma mantida pela tensão superficial da água. Essas gotas se desfazem no momento em que a tensão é rompida.
As moléculas de água tendem a se unir também a outras moléculas polares. Essa atração entre moléculas de água e outras substâncias polares é denominada adesão. A água não adere, porém, a moléculas apolares, como as de gordura, de óleo e de cera, que são lipídios. É por isso que a água forma gotinhas em superfícies enceradas ou oleosas. Outra propriedade da água refere­se ao fato de ela ser o único fluido que, ao congelar, se expande e se torna menos denso que em sua forma líquida. Por isso o gelo flutua na água líquida. Esse fator foi decisivo para a existência de vida em ambientes aquáticos de regiões temperadas e frias, pois os organismos conseguem viver sob a camada de gelo. A água tem grande poder de dissolução, sendo considerada o dissolvente (ou solvente) universal. Essa propriedade está relacionada com a polaridade da molécula e seu grande poder de adesão: quando moléculas polares entram em contato com a água, 16
esta tem a tendência de envolver as moléculas do soluto, separando­as. Além de dissolver moléculas polares, a água é também ótimo solvente para sais minerais.
A propriedade solvente da água é importantíssima, pois todos os reagentes químicos contidos dentro das células estão dissolvidos em água, e todas as reações químicas celulares ocorrem em meio líquido.
As substâncias que se dissolvem em água são chamadas hidrófilas ou hidrofílicas (hidro = água; philus = amigo) e as que não se dissolvem na água são chamadas hidrofóbicas (phobos = medo).
A água participa de muitas reações químicas dentro das células. Essa participação pode ocorrer de duas maneiras principais:
•
reações de síntese por desidratação, ou seja, por perda de água (quando duas ou mais moléculas se unem e nesse processo há liberação de moléculas de água);
•
reações de quebra por hidrólise (hidro = água; lise = quebra), ou seja, uma molécula é quebrada em duas, e nesse processo há entrada de molécula de água. 3.1.1­ Forças Intermoleculares
Conceito: As forças intermoleculares são forças responsáveis pela união de moléculas diferentes. Essas forças são divididas em:
•
Força dipolo induzido •
Dipolo induzido •
Força dipolo permanente •
Ponte de hidrogênio A força dipolo induzido ou dipolo temporário ou ainda Forças de Dispersão London é uma força de atração que aparece nas substâncias formadas por moléculas apolares, no estado sólido ou líquido. A nuvem eletrônica nas moléculas apolares é uniforme, não aparecendo cargas.
Essa nuvem pode sofrer deformação por ação externa, como aumento de pressão e diminuição de temperatura, provocando, então, uma distribuição desigual de cargas, o que faz com que surja um dipolo. O dipolo instantâneo induz a polarização da molécula vizinha, resultando uma atração fraca entre elas.
17
Na química, o termo forças de van der Waals originalmente refere­se a todas as formas de forças intermoleculares; entretanto, atualmente o termo tende a se referenciar a forças intermoleculares que tratam de forças devido a polarização das moléculas. Forças relacionadas com dipólos de ângulos fixos ou médios (forças de Keesom) e livres ou rotação dos dipólos (forças de Debye), bem como deslocamentos na nuvem eletrônica (Forças de dispersão de London) eram assim nomeadas em homenagem físico holandês Johannes Diderik van der Waals, o primeiro a documentar essas interações.
Em 1873, van de Waals elaborou uma equação relacionando a pressão e a temperatura de um gás com o seu volume. Para ele, a pressão deveria ser um pouco maior do que previam as equações até então adotadas, devido às forças de atração entre as moléculas do gás. A equação de Van der Waals mostrou­se mais precisa do que as equações anteriores; por isso os cientistas aceitaram dessas forças. As forças de Van der Waals são muito fracas e atuam apenas quando as moléculas estão bem próximas umas das outras.
As forças de London são esquematizadas pela força dipolo­induzido, descoberta por Johannes Diderik van der Waals e Fritz London, nos seus experimentos. Essa força acontece quando uma molécula que tem seus elétrons movendo rapidamente tem um lado com mais elétrons que o outro, fazendo com que fique polarizada momentaneamente, polarizando, por indução elétrica, uma outra molécula vizinha (dipolo induzido) resultando uma atração entre ambas.
Obs: O raio de Van der Waals é a metade da distância entre o núcleo das moléculas vizinhas.
London aprimorou a teoria de atração entre moléculas entre si.
A força dipolo permanente ocorre em moléculas polares, como, por exemplo, na molécula do HCl. Como a eletronegatividade do cloro é maior que a do hidrogênio, forma­se um dipolo elétrico permanente. Com a diferença de eletronegatividade, existe uma concentração de carga negativa no átomo mais eletronegativo deixando o átomo menos eletronegativo no lado positivo da molécula. Assim, a extremidade positiva de uma molécula atrai a extremidade negativa da outra molécula, e assim por diante.
As ligações de hidrogênio são interações que ocorrem entre o átomo de hidrogênio e dois ou mais átomos, de forma que o hidrogênio sirva de "elo" entre os átomos com os 18
quais interagem. São as interações intermoleculares mais intensas, medidas tanto sob o ponto de vista energético quanto sob o ponto de vista de distâncias interatômicas.
A ligação no hidrogenio é um dos casos especiais da tabela periodica pois na ligação covalente ou ionica que consite na troca ou surgimento de eletrons o hidrogenio fica instavel apenas com dois eletrons na sua camada de valencia. O átomo de hidrogênio, em vez e se unir a um só átomo de oxigênio, pode se unir simultaneamente a dois átomos de oxigênio, formando uma ligação entre eles. Essa ligação é chamada ponte de hidrogênio e se forma sobretudo com os elementos muito eletronegativos (F;O;N). Entretanto esta ligação,do tipo eletrostático, não é muito firme, sendo preferível respresentá­la em pontilhado ou em tracejado nas fórmulas. Existem dois tipos de ponte de hidrogenio: a intramolecular e a intermolecular. A ligação intramolecular se faz na mesma molécula e a intermolecular se faz entre duas moléculas.
Desenvolvendo o conceito: Por exemplo, um átomo de hidrogênio de uma molécula de água (H2O) interage com átomos de oxigênio das moléculas vizinhas. Todas as características e propriedades físicas particulares da água resultam de sua estrutura molecular. A diferença de eletronegatividade entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio gera uma separação de cargas. Assim, os átomos ligeiramente positivos de hidrogênio de uma molécula interagem com os átomos parcialmente negativos de oxigênio de outra molécula vizinha. Essas ligações criam uma cadeia que pode se rearranjar muitas vezes, permitindo que a água líquida flua em toda parte. Os átomos de hidrogênio e oxigênio podem interagir com muitos tipos de moléculas diferentes, razão pela qual a água é considerada o solvente mais poderoso conhecido. Essa ligação dá uma notável característica à água: a tensão superficial. As ligações de hidrogênio também existem dentro de uma mesma molécula, como nas proteínas e RNA. Em ambos os casos elas são importantes na manutenção da estrutura da macromolécula. Além disso, sua baixa energia (1 a 10 kJ/mol) permite o rompimento da ligação com o aumento da temperatura, daí os eventos de desnaturação das proteínas e do RNA, além da dissociação da dupla fita de DNA.
Observação: Hidrogênio em ponte é quando o átomo de hidrogênio está ligado a dois outros átomos por ligações covalentes, como no caso do diborano
19
3.1.2­ Água como solvente universal
Várias atividades de nossa vida diária dependem da capacidade que a água tem de dissolver substâncias. A água dificilmente é encontrada em estado de pureza na superfície terrestre, pois trata­se de um poderoso solvente, podendo dissolver a maioria das substâncias (gases, sais, etc). A água é chamada de solvente universal porque compõe com grande e variado número de substâncias sólidas, liquídas e gasosas, formando soluções. Inúmeros são os exemplos de soluções em que a água é o solvente. Para melhor entendimento, o quadro abaixo apresenta a definição de alguns conceitos básicos, relativos a solução.
Solução é uma mistura homogênea.
Mistura é formada por duas ou mais substâncias puras. Ela pode ser homogênea ou heterogênea.
Mistura homogênea é aquela que apresenta um aspecto uniforme quando observada a olho nu ou mesmo com auxílio de aparelhos de aumento, como por exemplo microscópio. Ex. Água + açucar. O ar puro de uma montanha é uma solução gasosa.
Mistura heterogênea é aquela que apresenta aspectos distintos ao ser observada a olho nu ou com uso de microscópio. Exemplos: ­água + óleo, distingue­se facilmente o óleo a olho nu. –o leite a lho nu apresenta aspecto uniforme, mas observado ao microscópio observa­se a presença de gotículas de gordura.
Soluto é o componente que entra em menor quantidade numa solução, é o que está dissolvido no solvente.
Solvente é o componente que entra em maior quantidade numa solução. Uma solução se forma quando substâncias diferentes se misturam homogeneamente. O fenômeno da formação de soluções é chamado dissolução. A dissolução, com a água como solvente (ou dissolvente), permite a obtenção de inúmeros produtos de grande importância para o nosso cotidiano. A tabela 05 exemplifica algumas soluções utilizadas em nosso dia­a­dia; e a figura 01 mostra o rótulo de uma marca de água mineral, apresentando sua composição (solutos).
20
Tab. 05: Exemplos de soluções Produto Vinagre Soro fisiologico Formol Solvente Água Água Soluto Ácido acético Cloreto de sódio Água Aldeído fórmico Limpa­forno Água sanitária Água potável Água Água Água Hidróxido de sódio
Hipoclorito de sódio
Sais minerais, gás oxigênio
Fonte: adaptado de BARROS, 1999.
Utilização Tempero de alimentos
Combater desidratação e limpeza de lentes de contato.
Usado em laboratórios na conservação de animais mortos, para serem estudados
Usado para remover gorduras
Alvejante e limpeza
Ingestão e preparo de alimentos.
Fig. 01 Rótulo de Água mineral (solução) com os íons (soluto) dissolvidos.
3.2­ Propriedades físicas da água
3.2.1­ Tensão Superficial
A tensão superficial é um efeito que ocorre na camada superficial de um líquido em repouso, que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. Esta tensão superficial é devida às fortes ligações intermoleculares, as quais dependem das diferenças elétricas entre as moléculas, e pode ser definida como a força por unidade de comprimento que duas camadas superficiais exercem uma sobre a outra. As moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas e, por isso, a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente nula. As moléculas da superfície do líquido, entretanto, sofrem apenas 21
atração lateral e inferior. Esta força para o lado e para baixo cria a tensão na superfície, que faz a mesma comportar­se como uma película elástica. Exemplos práticos de tensão superficial:
•
Colocando­se cuidadosamente uma pequena agulha, ou muma moeda de um centavo, sobre a superfície da água, observa­se que ela pode permanecer sobre a película superficial sem afundar no líquido, apesar de ser(em) muito mais densa(s) que a água.
•
A gota de água que se forma em uma torneira mantém sua forma devido a elasticidade na superfície da gota.
•
Num copo cheio de água, podemos acrescentar pequenos objetos sem que a água transborde. Isto ocorre porque a superfície da água comporta­se elasticamente.
•
Insetos podem caminhar sobre a água.
•
Pequenos objetos de metal como agulhas ou lâminas flutuam na superfície da água.
Na foto nº 01 temos um exemplo da tensão superficial, uma lâmina flutuando na água em um becker.
Foto:01
Foto obtida pelo autor (como todas as demais) no laboratório do Colégio Eleodoro Ébano Pereira. 2008.
O efeito da tensão superficial é bem intenso na água e no mercúrio, por exemplo, e pode ser percebido também com a ajuda de outro fenômeno: a capilaridade. Quando um líquido é colocado em um tubo capilar (tubo muito fino), a atração entre as moléculas do líquido e as moléculas do material do tubo 22
podem ser maiores ou menores do que a força de coesão interna do líquido, ocasionando desta forma a formação de uma concavidade ou uma convexidade na superfície do líquido, forma a qual apenas pode ser obtida devido ao efeito de tensão superficial nos líquidos. A tensão superficial pode ser notada também na forma quase esférica de gotas de água que pingam de uma torneira ou mesmo de água espirrada em uma superfície. Esta tensão é ainda mais intensamente percebida no caso de gotas de mercúrio colocadas sobre uma superfície, pois neste caso percebe­se que a tendência é a de formação de pequenas esferas.
Foto: 02 Foto: 03
Tensão superficial exemplificada por uma gota d’água que pende na ponta do dedo molhado.
Para acabar com a tensão superficial, pode­se utilizar um detergente. Colocando­se algumas gotas de água sobre uma superfície seca haverá a formação de pequenas esferas de água. Secando­se a superfície e espalhando­se algumas gotas de detergente de modo a existir uma pequena camada de detergente sobre a superfície. Ao espirrar gotas de água agora, perceber­se­á então, que não serão mais formadas gotas redondas de água, e esta apenas irá se espalhar sobre a superfície. 23
Foto: 04
Na figura 04, ao lado, temos duas gotas de café; uma pingada em superfície lisa, outra pingada em superfície umedecida com detergente. A primeira gota forma uma pequena esfera d’água, a segunda gota se espalha sobre a superfície.
A tensão superficial é também responsável pela flutuação de pequenos pedaços de papel e ajuda mesmo a pequenos insetos durante a sua locomoção sobre a superfície de lagos.
Outra experiência que pode ser realizada é a da colocação de pequenos pedaços de papel sobre uma superfície de água. Você irá perceber que estes pedaços ficam boiando. No instante em que você pingar uma ou duas gotas de detergente dentro da água, você perceberá que imediatamente todos os pedaços de papel irão afundar. É exatamente por este fato que donas de casa utilizam detergente na limpeza de louças e panelas. O detergente quebra a tensão superficial da água e do óleo, permitindo que o óleo seja facilmente eliminado e a água tenha mais facilidade para penetração em locais dificilmente atingíveis como cantos e pequenos orifícios. 3.2.2­ Movimento Browniano
Conceito: O movimento browniano é o movimento aleatório de partículas macroscópicas num fluido como consequência dos choques das moléculas do fluido nas partículas.
Histórico: Em 1827, o naturalista inglês Robert Brown observou que grãos de pólen boiando num copo de água se movimentavam constantemente, num ziguezague caótico, sem que nenhuma força os empurrasse. Brown chegou a achar que o pólen estivesse vivo, mas recuou em seguida: o efeito era o mesmo com pó de granito, de vidro e até com amostras da Esfinge de Gizé. Ali estava um mistério para os físicos resolverem. Apesar de a palavra “átomo” ter sido cunhada pelos gregos, não havia, nas primeiras décadas do século 19, nenhuma 24
evidência de que a matéria fosse composta de átomos. A ciência daquela época só acreditava naquilo que podia ver – e os instrumentos de então não permitiam enxergar os átomos. Curiosamente, um dos cientistas que negaram a existência dos átomos por falta de evidência empírica foi Ernst Mach, o alemão cuja crítica do paradigma newtoniano inspirou Einstein em sua busca pela relatividade. Alguns cientistas, no entanto, especularam que o movimento browniano fosse causado pelo choque aleatório entre as moléculas. Só que ninguém tinha uma teoria razoável que comprovasse essa hipótese. A teoria razoável seria entregue aos Anais da Física em 11 de maio de 1905 pelo jovem examinador de patentes de Berna. Einstein especulou que, embora os átomos fossem pequenos demais para serem observados, seria possível estimar o seu tamanho calculando seu impacto cumulativo em objetos “grandes” – como um grão de pólen. Se a teoria atômica estivesse certa, então deveria ser possível, analisando o movimento browniano, calcular as dimensões físicas dos átomos.
Foi o que Einstein fez. Ele assumiu que o movimento aleatório das partículas em suspensão era causado, sim, pela colisão de trilhões e trilhões de moléculas de água. Assim, ele computou o peso e o tamanho dos átomos, dando a primeira prova experimental da sua existência. Einstein foi além: calculou que um grama de hidrogênio continha 3,03 x 1023 átomos, um valor surpreendentemente próximo do real. Sua fórmula foi confirmada em 1908 pelo francês Jean Perrin. Abria­se ali o mundo do muito pequeno. As fotos 05 e 06 exemplificam o fenômeno. Foto: 05
Movimento Browniano: ao pingar­se uma gota de café em um becker com água...
25
Foto 06
...em instantes a gota de café se espalhará uniformemente por todo o líquido, numa demonstração do Movimento Browniano, além da característica de ser a água um solvente universal. Além do Movimento Browniano há algum outro princípio envolvido no exemplo?
3.2.3­ Princípio de Pascal ou Teorema de Pascal
Conceito: A pressão exercida num ponto de um líquido contido num recipiente fechado se transmite integralmente a todos os pontos desse líquido; O acréscimo de pressão exercido num ponto de um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse líquido e às paredes do recipiente que o contém (BONJORNO, 1999).
Aplicação do conceito: O principio de Pascal é usado nos elevadores hidráulicos, nas seringas de injeção, nos freios hidráulicos dos carros, na prensa hidráulica etc. O princípio da prensa hidráulica é usado nos elevadores hidráulicos dos postos de gasolina, em alguns caminhões basculantes e nos freios a disco dos carros. 3.2.4­ Empuxo
Conceito: Todo corpo imerso total ou parcialmente num líquido recebe uma força vertical de baixo para cima, igual ao peso da porção de líquido deslocado pelo corpo (BONJORNO, 1999).
Desenvolvendo o conceito: Quando tentamos afundar uma bola de plástico num líquido verificamos que, quanto mais a bola afunda nele, maior será a força de resistência, isto é, maior a dificuldade oferecida pelo líquido. O empuxo representa a força resultante do líquido sobre a bola.
Na natureza o empuxo é observado nas algas que se mantém eretas no ambiente 26
aquático, como mostrado nas fotos 07 e 08, no aquário com algas. Foto: 07 Foto: 08
3.2.5­ Densidade
A densidade de uma substância é a razão entre sua massa e seu volume, ou seja, a densidade de uma substância é determinada pela divisão da sua massa pelo seu volume. D = m / V
Massa é a quantidade de matéria de um corpo ou objeto e pode ser expressa em grama g, ou seus múltiplos (quilograma Kg) ou sub­multlipos (miligrama mg).
Volume é o espaço que a quantidade de matéria ocupa, pode ser expressa em cm3 ou mililitros. 1 cm3 = 1mℓ. A densidade das substâncias é determinada experimentalmente. Mas o valor obtido é variável, porque o volume das substâncias variam com a pressão e a temperatura. Algumas substâncias, como a madeira, o óleo, a gasolina, entre outras, têm densidades diferentes, pois há diferentes tipos de madeira, óleo, gasolina etc. A tabela 06 mostra a densidade de algumas substâncias.
27
Tab. 06: Algumas substâncias e suas densidades
Substância Densidade Água doce 1g/cm3
Água do mar *
1,03g/cm3
Gelo 0,91g/cm3
Gasolina * 0,7g/cm3
Álcool *
0,8g/cm3
Petróleo*
0,85g/cm3
Óleo* 0,9g/cm3
Ar* 0,0013g/cm3
Cortiça* 0,24g/cm3
Vidro* 2,6g/cm3
Madeira* 05g/cm3
Mercúrio 13,6g/cm3
Alumínio 2,7g/cm3
Ferro 7,8g/cm3
Chumbo 11,3g/cm3
Ouro 19,3g/cm3
Fonte: BARROS. 1999. p. 131 * indica que as substâncias apresentam um valor médio de densidade. Para conhecer o valor real dessas substâncias é necessário saber qual o tipo considerado.
Como é possível um transatlântico flutuar no mar se a densidade dos materiais utilizados em sua construção, ferro, cobre, alumínio, aço, entre outros materiais, são mais densos que a água?
Se o volume de um material for alterado, altera­se a sua densidade. Por exemplo, 5g de massa de modelar em forma esférica afunda na água, mas na forma de disco não afunda. Um ovo é colocado na água, ele bóia ou afunda?
E se o ovo estiver estragado (podre), bóia ou afunda?
E se estiver bom?
A foto nº 09 apresenta um ovo no fundo de um becker com água, enquanto a foto nº 10 mostra o ovo flutuando...
28
Foto: 09
É possível alterar a densidade de um corpo?
Um ovo foi introduzido num becker com água, e ele ficou no fundo. Por que?
Foto: 10
Posteriormente o ovo aparece boiando; o que deve ter acontecido para que ele flutuasse na água?
É possível alterar a densidade da água? 29
As fotos nº 10 e 11 são outro exemplo prático de densidade.
Foto: 11
Concluído o preparo da massa, esta é colocada em um copo com água para indicar o ponto que a mesma pode ir ao forno.
Foto:11. Copo d’água com a massa de pão no fundo do copo. Cerca de 25’ depois...
Foto: 12
... massa está flutuando no copo d’água.
Quais os fenômenos envolvidos nas duas situações? Na foto 12, a massa flutuando, indica que a mesma está pronta para ir ao forno. 3.2.6­ Estado físico A substância do universo, da Terra e dos organismos vivos, denomina­se matéria. Sob diferentes condições de temperatura e pressão, qualquer tipo de matéria pode encontrar­se em um dos três estados físicos – sólido, liquido ou gasoso. A água, um tipo comum de matéria, pode apresentar­se como gelo sólido, água liquida ou vapor de água. As conchas e esqueletos dos animais são, em sua maioria, sólidos, o plasma sangüíneo e 30
grande parte do conteúdo das células são líquidos e gases encontram­se nos pulmões ou dissolvidos em líquidos do corpo. Quase todos os animais possuem matéria nos três estados. 3.2.6.1­ Fases da matéria
Conceito: São os modos ou formas diferentes de uma substância se apresentar, devido ao seu aquecimento ou resfriamento, ou seja, absorvendo ou perdendo calor.
Desenvolvendo o conceito: Aquecendo­se a água contida num recipiente, ela pode transformar­se em vapor. Se for resfriada, pode transformar­se em gelo. Esses modos ou formas de uma substância se apresentar denominam­se fases da matéria.
A matéria pode se apresentar em três fases distintas: sólida,líquida e gasosa.
Supondo que a matéria seja formada de moléculas, essas fases são explicadas pelo fato de a ligação entre as moléculas ser feita por forças de atração (forças elétricas) que agem como molas, permitindo que as moléculas vibrem em torno de uma posição de equilíbrio.
Nos sólidos, as moléculas se encontram muito juntas; portanto, as forças de atração são muito intensas. Por isso as moléculas não podem se soltar e têm somente um movimento vibratório, fazendo com que os sólidos tenham volume e forma definidos.
Na fase líquida as forças de atração diminuem porque as moléculas se distanciam mais e têm maior liberdade de movimento. Nessa fase o corpo tem um volume próprio, mas não tem forma própria.
Se as moléculas se separam ainda mais, as forças de atração passam a ter intensidade muito pequena. A partir daí, ocorre a expansibilidade, que caracteriza a fase gasosa.
Os gases não têm forma nem volume próprios e ocupam todo o espaço 31
disponível.
3.2.6.2­ Influência da temperatura no estado físico
Quando a temperatura de um sólido aumenta suficientemente, a energia cinética de suas moléculas aumenta tanto que vence as forças de atração e faz com que essas moléculas abandonem as posições fixas que ocupavam, fazendo com que o sólido passe para a fase líquida. Continuando a aumentar a temperatura dessa substância, a agitação das moléculas aumenta até vencer totalmente as forças de atração, e as moléculas passam a se mover com grande facilidade, isto é, a substância atinge a fase gasosa.
Se diminuirmos a temperatura, os fenômenos se produzem no sentido inverso, isto é, a agitação das moléculas diminui e a substância passa da fase gasosa à fase líquida e desta à fase sólida.
3.6.3­ Mudanças de fase
Uma substância pode passar de uma fase para outra através do recebimento ou fornecimento de calor. Essas mudanças de fase são chamadas de:
Fusão: é a passagem de uma substância da fase sólida para a fase líquida.
Solidificação: é a passagem da fase líquida para a fase sólida.
Vaporização: é a passagem da fase líquida para a fase gasosa.
Condensação ou liquefação: é a passagem da fase gasosa para a fase líquida.
Sublimação: é a passagem da fase sólida para a fase gasosa ou da fase gasosa para a fase sólida.
Fig: 02. quadro da mudanças de estado físico
32
SUBLIMAÇÃO
FUSÃO VAPORIZAÇÃO
SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
SOLIDIFICAÇÃO LIQUEFAÇÃO
SUBLIMAÇÃO
Os fenômenos da fusão e os da vaporização de uma substância acontecem sempre devido ao recebimento de calor, enquanto a solidificação e a liquefação ocorrem devido à perda de calor.
Na pressão e temperatura média ambiente, podemos citar como exemplo de substâncias que sublimam a naftalina e o gelo­seco. A tabela 07 apresenta o ponto de fusão e ebulição de alguns metais, quer dizer, não é somente a água que apresenta variação de estados físicos.
Tab. 07: Ponto de fusão e ebulição de alguns metais
Metal Temperatura de fusão Temperatura
(em ºC)
ebulição (em ºC)
Ouro 1.063
2.600
Prata 960
1.950
Cobre 1.083
2.336
Mercúrio ­39
357
Chumbo 327
1.620
Fonte: BONJORNO. 1999. p.296
de 4­ IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA ÁGUA
A substância em maior quantidade nos seres vivos é a água, correspondendo a cerca de 70% do peso do ser humano, o que significa que um indivíduo de 70 Kg contém 33
quase 50 Kg dessa substância, sendo o principal constituinte dos seres vivos. Esse líquido precioso está nas células, nos vasos sangüíneos e nos tecidos de sustentação. Nossas funções orgânicas necessitam da água para o seu bom funcionamento. Em média, um homem tem aproximadamente 47 litros de água em seu corpo. Diariamente, ele deve repor cerca de dois litros e meio. Todo o nosso corpo depende da água; por isso, é preciso haver equilíbrio entre a água que perdemos e a que repomos. Quando o corpo perde líquido, aumenta a concentração de sais, que se encontram dissolvidos na água. Ao perceber esse aumento, o cérebro coordena a produção de hormônios que provocam a sede. Se não beber água, o ser humano entra em processo de desidratação e pode morrer de sede em cerca de dois dias.
Os vegetais utilizam a água como a principal via de absorção dos sais necessários para o seu desenvolvimento. A concentração desses sais é bastante baixa na solução do solo. Assim, a maior parte da água absorvida é emitida para a atmosfera sob a forma de vapor, pela transpiração, através da superfície e de pequenos orifícios das folhas, os estômatos, concentrando nas células vegetais uma pequena quantidade desses sais. Um hectare de milho consome por dia de 28 a 40 mil litros de água, sem considerar as perdas por percolação e evaporação. Se a concentração de sais no solo for exagerada, a planta passa a perder água para o solo sofrendo, conseqüentemente, a murcha. A transpiração das plantas e a evaporação direta da água da superfície do Globo constituem um dos mais importantes fluxos da água para a atmosfera e são elementos regularizadores do clima.
Várias propriedades da molécula de água dependem de sua natureza polar. Nessa molécula, embora a quantidade de cargas positivas (prótons) seja igual à quantidade de cargas negativas (elétrons), a sua distribuição não é uniforme: a região do hidrogênio fica positiva e a do oxigênio fica negativa. Diz­se, então, que a molécula da água apresenta dipolo. Por esse motivo a água é um ótimo solvente das substâncias iônicas, como pos sais, e de substâncias polares, como os ácidos e as bases, o que facilita a ocorrência de reações químicas necessárias à vida. Além disso, dissolvidas na água, as substâncias podem ser transportadas mais facilmente pelo organismo.
Outra propriedade da água é a capacidade de absorver ou perder grandes quantidades de calor sem esquentar nem esfriar muito. Como os seres vivos têm muita 34
água, essa característica permite que a temperatura do seu corpo não varie muito durante a entrada ou saída de calor.
A quantidade de calor necessária para provocar a evaporação da água também é muito alta. Cada vez que certa quantidade de água evapora, leva consigo muito calor. Quando a temperatura do ambiente ultrapassa determinados valores ou quando nosso corpo esquenta por causa da realização de um exercício físico, as glândulas sudoríparas eliminam suor. A água contida no suor evapora e leva consigo o calor da pele e do sangue abaixo dela, o que impede que a temperatura do corpo se eleve muito. Os animais ou as diferentes partes de um animal podem conter de 5 a 95 por cento de água (H2O), mais frequentemente de 65 a 75 por cento. É mais abundante nas células ou animais jovens que mais velhos e no animais aquáticos inferiores que nas formas terrestres mais elevadas. A água: (1) é o melhor solvente para as substâncias inorgânicas e para muitos compostos orgânicos; (2) favorece a dissociação de eletrólitos nela dissolvidos; (3) possui forte tensão superficial; (4) é muito fluida e (5) tem grande capacidade de absorver calor.
Todos os processos essenciais ao protoplasma dependem dessas propriedades da água e a vida dos organismos neste planeta seria impossível sem ela. Líquidos aquosos do corpo (linfa e plasma sangüínea), com seu conteúdo orgânico e inorgânico, circundam as células do corpo animal e transportam substâncias dentro dele. Os animais terrestres têm geralmente um revestimento do corpo apropriado e outros recursos para impedir demasiada perda de água.
Protoplasma: a substância viva básica das células das plantas e animais é chamada de protoplasma (gr., proto = primeiro; plasma = organização). Não apresenta composição uniforme quanto às propriedades físicas, químicas e biológicas nas diferentes partes de um organismo e pode diferir também em partes correspondentes de outros organismos. O protoplasma é, tipicamente, translúcido, acinzentado, algo viscoso, mas capaz de fluir. Quimicamente o protoplasma compõe­se de água, sais minerais e muitos tipos de compostos orgânicos – estes ocorrem na natureza apenas como componentes ou produtos de organismos vivos. Sua composição geral, em percentuais é a seguinte: proteínas, 7 – 10; substâncias graxas, 1 ­2; outros compostos orgânicos, 1 – 1,5 e água, 85 – 90 por cento. 35
Numerosas doenças podem ser transmitidas pela água. Em geral, as formas invasoras desses organismos (vírus, bactérias, cistos, ovos ou larvas) provêm de fezes de pessoas infectadas. Essa forma de propagação é chamada transmissão fecal­oral. Um dos testes comumente empregados para constatar a presença de agentes patogênicos na água é a detecção de coliformes fecais. As bactéria da espécie Escherichia coli prestam­se a esse fim, uma vez que são encontradas no ambiente apenas em decorrência da contaminação por fezes humanas ou de outros animais, nas quais existem em grande quantidade. A maioria das linhagens de E. coli não causa doenças; todavia, sua presença na água indica contaminação por fezes, portanto, a possível presença de microrganismos patogênicos.
O tratamento dos esgotos produz grande quantidade de sedimentos ricos em microrganismos, compostos orgânicos e inorgânicos. Esse material pode ser submetido a diversos processos: decomposição anaeróbica e compostagem, deposição em aterros sanitários, incineração e lançamento nos oceanos. Para que sofra decomposição anaeróbica, o material sedimentado é colocado em tanques em que atuam bactéria anaeróbicas. A fermentação origina gás carbônico e metano (chamado biogás), que pode ser coletado e empregado como combustível. O material resultante, convertido em húmus, pode ser usado como adubo.
Quando não tratada, a água é um importante veículo de transmissão de doenças, principalmente as do aparelho intestinal, como a cólera, a amebíase e a disenteria bacilar, além da esquistossomose. Estas são as mais comuns. Mas existem outras, como a febre tifóide, a cárie dentária, a hepatite infecciosa. O consumo de água saudável é fundamental à manutenção de um bom estado de saúde. Existem estimativas da Organização Mundial de Saúde de que cerca de 5 milhões de crianças morrem todos os anos por diarréia, e essas crianças habitam, de modo geral, os países subdesenvolvidos e em desenvolvimento, como o Brasil. A tabela 09 mostra o número de doenças e mortes causadas pela água contaminada no ano de 1993, com o assustador número de 3.539.971 mortes.
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Tab. 08 – Número De Casos e Mortes Causadas Por Doenças Relacionadas À Água Em Países Em Desenvolvimento Em 1993
NÚMERO EM 1993
DOENÇAS
Caso de doenças Mortes
Cólera 297.000
4.791
Febre tifóide
500.000
25.000
Giardíase 500.000
Baixo Amebíase 48.000.000
110.000
Doenças diarréicas (idade < ou igual 5 1.600.000.000
3.200.000
anos)
Esquistossomose 200.000.000
200.000
TOTAL 3.539.971
FONTE: Disponível em: <http://www.comciencia.br>. Acesso em 20/02/2003
Já a tabela nº 09 apresenta uma relação de doenças que podem ser transmitidas pela água contaminada, seus agentes infecciosos e respectivos sintomas. Em todos os casos faz­se a prevenção com água de boa qualidade e hábitos de higiene pessoal e ambiental. Tab. 09: Doenças Que Podem Ser Transmitidas Pela Água
DOENÇA
AGENTE INFECCIOSO
SINTOMAS
Diarréia Vírus (geralmente rotavírus) Diarréia, febre, vômitos, desidratação, infecciosa perda de peso.
aguda
Hepatite Vírus (HVA)
Icterícia, urina escura, fezes muito claras, infecciosa
dor de cabeça, febre, perda de apetite, vômitos.
Poliomielite Vírus (poliovírus)
No início: dor de garganta, febre, diarréia, fraqueza muscular. Posteriormente: paralisia e atrofia muscular.
Cólera Diarréia intensa e aquosa, perda de peso Bactéria (Vibrio cholerae)
e desidratação, cãibras.
Desinteria Dor abdominal, diarréia sanguinolenta, Bactérias (Shiguella sp. e bacilar desidratação, febre, vômitos.
alguns tipos de Escherichia coli).
Febre tifóide
Bactéria (Clostridium perfringens)
Bactéria (Salmonella typhi)
Giardíase Protozoário (Giardia Enterite
Perda de apetite, dor abdominal, diarréia, febre.
Dor de cabeça, apatia, febre, vermelhidão na pele, diarréia, hemorragias intestinais.
Em geral, poucos sintomas. Podem 37
Desinteria amebiana
Cistecercose intestinalis, anteriormente G. lamblia)
Protozoário (Entamoeba histolytica)
Platelminto (Taenia solium)
Esquistossomo Platelminto (Schistosoma se (barriga­
mansoni)
d’água)
Ancilostomíase Nematódeo (Ancylostoma (amarelão)
duodenale)
Ascaridíase Nematódeo (Ascaris lumbricoides)
ocorrer diarréia ou constipação e perda de apetite.
Diarréia sanguinolenta, febre, dor abdominal.
Dor de cabeça, tontura, convulsões, distúrbios visuais.
Febre, fraqueza, anemia, fezes sanguinolentas, aumento do fígado e do baço, ascite (acúmulo de líquido no abdome).
Dor abdominal, anemia, diarréia ou constipação.
Dor abdominal, diarréia ou constipação; podem ocorrer obstrução intestinal e sintomas respiratórios.
Em geral, a cistecercose decorre da ingestão de ovos liberados nas fezes da própria pessoa. Pode ocorrer, todavia, por ingestão de ovos presentes na água ou em alimentos.
A esquistossomose e a ancilostomíase são causadas pela penetração de larvas por meio da pele. Estando na água, essas larvas podem penetrar pela mucosa das vias digestivas.
5­ IMPORTÂNCIA ECONÔMICA E SOCIAL DA ÁGUA A água está difundida na natureza nos estados líquido, gasoso e sólido sobre 73% do planeta. Sua distribuição é, aproximadamente, a seguinte: 97,2% nos mares e oceanos; 2,15% nas geleiras e calotas polares; 0,62% nas águas subterrâneas; 0,0091% nos lagos e rios e 0,001% na umidade atmosférica.
Além da importância biológica, a água é também socialmente fundamental. Todas as grandes civilizações estão relacionadas a uma boa disponibilidade de água. De todos os usos, o mais nobre está relacionado ao abastecimento público. Em que pese a falta de dados confiáveis, alguns poucos números aproximados permitem conhecer, de forma dramática, o problema brasileiro na área de saneamento: 30 milhões de habitantes no País não são servidos por sistemas de distribuição de água potável; 120 milhões de habitantes não dispõem de serviços adequados de coleta e tratamento de esgotos domésticos.
38
Fig. 02
Disponível em http://www.geografiaparatodos.com.br/img/infograficos/domicilios_sem_agua_set.jpg acesso 09/10/08
O consumo de água por habitante que hoje se situa ao redor de 200 litros por dia é o dobro do que era 20 anos atrás, e deverá dobrar novamente nos próximos 20 anos. O aumento do consumo per capita, associado ao crescimento populacional, estabelece uma grande redução da disponibilidade de água por habitante em nível mundial. Assim, em 1.970 havia 12.900m3 por pessoa; já em 1.995 esse volume foi reduzido para 7.600. Essa distribuição é, no entanto, bastante desproporcional entre os países. A tabela abaixo (Tab 10) refere à situação da disponibilidade de água por pessoa por metro cúbico por ano.
Tab. 10: DISPONIBILIDADE DE ÁGUA
Entre 500 e 1.000 m3/ano/pessoa
Entre 1.000 e 2.000
2.000 a 10.000
10.000 a 100.000 (caso do Brasil)
Fonte: TORRES. 2007, p. 397
Situação muito precária
Mais ou menos precária
Normal
Abundante
Em muitas regiões do globo, a população ultrapassou o ponto em que podia ser 39
abastecida pelos recursos hídricos disponíveis. Hoje existem
262 milhões de pessoas que se enquadram na categoria de áreas com escassez de água. Além disso, a população está crescendo mais rapidamente onde é mais aguda a falta d’água. No Oriente Médio, por exemplo, nove entre quatorze países vivem em condições de escassez, seis dos quais devem duplicar a população dentro de 25 anos.
A proteção dos mananciais que ainda estão conservados e a recuperação daqueles que já estão prejudicados são modos de conservar a água que ainda temos. Mas isso, apenas, não basta. É preciso fazer muito mais para alcançarmos esse objetivo de modo que o uso torne­se cada vez mais eficaz. Mas, o que fazer? Qual o papel de cada cidadão? Cada um de nós deve usar a água com mais economia e evitar a degradação ambiental, pois a poluição pode ser vista como um dos principais consumidores de água.
Mais de 80% dos casos de doenças, no mundo inteiro, são devidos à má qualidade da água, segundo a Organização Mundial da Saúde. São casos de parasitoses, diarréias, hepatite, cólera e outros. Não constitui surpresa, para as autoridades sanitárias, a significativa redução nos índices de mortalidade infantil que costuma ocorrer logo após a implantação dos sistemas de abastecimento de água nas comunidades que não dispunham desse recurso. Para solucionar essas deficiências, seriam necessários investimentos de aproximadamente 40 bilhões de reais em nosso país. Embora o abastecimento público seja o uso prioritário, outras atividades humanas apresentam uma demanda muito maior de água. Em nível mundial, praticamente 75% da água é utilizada na agricultura; a indústria e a mineração utilizam 22%; e somente 4% é destinado ao consumo doméstico nas cidades. A geração de energia elétrica, assim como a navegação, embora não consumam água diretamente, são também fatores de demanda, em função das exigências de uso, em posições estratégicas na paisagem, que podem constituir conflitos de uso.
Os padrões de qualidade variam segundo as exigências dos diferentes usos. Enquanto a navegação e a demanda de água para diluição de efluentes são pouco exigentes, a sua qualidade é absolutamente essencial quando nos referimos a usos como o abastecimento público e a dessedentação de animais para a irrigação. Muitas vezes, podemos ter uma quantidade adequada de água, porém sua disponibilidade para 40
determinado uso encontra­se comprometida pela qualidade. Dessa forma, a conservação do ambiente é essencial para manter a disponibilidade de água, pois o meio degradado faz com que a água existente não seja apropriada para determinados usos.
Insumo básico de quase todos os processos industriais, a água é vital para a produção de alimentos. Ao mesmo tempo, o crescimento da população vem demandando, continuamente, água em quantidade e qualidade compatíveis. Muitos dos mananciais utilizados estão cada vez mais poluídos e deteriorados, seja pela falta de controle, seja pela falta de investimentos em coleta, tratamento e disposição final de esgotos e pela disposição inadequada dos resíduos sólidos. Além disso, novos mananciais, necessários para suprir essas demandas, encontram­se cada vez mais distantes dos centros consumidores.
Relatório do final de 2001 da Agência Nacional de Águas (ANA) diz que a poluição está “fora de controle” nos rios de oito estados, do Rio Grande do Sul à Bahia – 70% dos cursos examinados apresentavam “alto índice de contaminação”. A cobrança pelo uso da água já em vigor talvez possa abrir um novo caminho na difícil batalha que terá de ser travada nesse setor. A experiência do Comitê de Integração da bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, que cobrará R$ 0,02 por m³ de água, poderá ser decisiva, se de fato proporcionar os R$ 20 milhões anuais esperados para aplicar em projetos de despoluição na bacia. Sobre esse assunto vide artigos do agrônomo Xico Graziano, anexo, textos nº1 e nº2.
Em contraste com a diminuição da disponibilidade da água em decorrência da degradação ambiental, a demanda aumentou seis a sete vezes nos últimos 100 anos. O principal fator de aumento do consumo de água é a agricultura, responsável por cerca de 80% da demanda global, que se estima atualmente em 4.000Km3 por ano. 41
Gráfico 03: Utilização da água no Brasil
70%
60%
Setor agrícola
50%
40%
Indústrias
30%
Abastecim ent
o urbano
20%
10%
0%
Fonte: www.ana.com. br
À medida que aumenta a demanda de água, a sua qualidade piora, encarecendo os custos de tratamento. Para que apenas a população urbana tenha total acesso ao abastecimento de água e saneamento, o Ministério do Planejamento e Orçamento estima que serão necessários cerca de 40 bilhões de reais até 2010. Enquanto a solução não chega, a atitude mais barata e ao alcance de todos no momento são as campanhas de conscientização para o uso racional da água, assim como o seu reaproveitamento.
E não há por que ter dúvidas: quem tiver controle sobre a quantidade e qualidade desse produto terá em suas mãos trunfos que permitirão obter vantagens inimagináveis.
5.1­ Água, uso e consumo
Usar água significa que parcela ponderável dela volta ao ambiente original; consumi­la significa que ela se torna indisponível, demora para retornar ao seu ciclo natural, via de regra distante do ponto de consumo. A agricultura é responsável por dois terços (66,66%) do uso e por quase 90% do consumo de água. Em contrapartida, a indústria usa um quarto (25%) e consome menos de 5% da água (embora muitas vezes volte poluída ao ambiente). O uso e o consumo de água guardam uma relação logarítmica com a população e a renda per capita mundial. A necessidade de mais alimentos significa um aumento no consumo de água, para as diferentes atividades agrícolas. Nesse cenário, cresce a importância da conscientização sobre dois fatores: desperdício e poluição. O desperdício é representado por uso e/ou consumo excessivo e desregrado da 42
água. Já a poluição é causada pelo desmatamento ciliar, pela falta de proteção nas nascentes, pelo mau manejo de solo, pelo distanciamento dos paradigmas da agricultura sustentável, pelo uso inadequado de agrotóxicos e fertilizantes, pela falta de investimento no tratamento de efluentes, etc. Conservar o recurso água significa eliminar ou reduzir desperdícios e poluição (GAZZONI, 2007).
Poluição é o resultado do excedente da capacidade que um local tem de recuperar­
se por reciclagens naturais.
Como se vê, as circunstâncias que dizem respeito a água, principalmente no que se refere à disponibilidade, uso e consumo, estão em situação cada vez mais crítica, devido ao mau uso, ao desperdício, a poluição e contaminação. Para que as condições de vida e/ou de sobrevivência não sejam drasticamente alteradas urge uma imperiosa mudança de postura com relação ao uso da água, para que este bem esteja sempre disponível em quantidade e qualidade adequadas. 43
BIBLIOGRAFIA
AMALDI, Ugo. IMAGENS DA FÍSICA. As idéias e as experiências: do pêndulo aos quarks. Tradução Fernando Trotta. São Paulo: Scipione, 1995. BARROS, Carlos. PAULINO, Wilson Roberto. Ciências: o meio ambiente. 5º série. São Paulo: Ática, 1999.
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LINHARES, Sérgio. GEWANDSZNAJDER, Fernando. BIOLOGIA. 1 Ed. São Paulo: Ática, 2005.
LOPES, Sônia. ROSSO, Sergio. Biologia – volume único. 1.ed. São Paulo: Saraiva, 2005.
RUSSELL, John Blair. Química geral. Tradutores Divo Leonardo Sanioto.[et. al.]; São Paulo: McGraw­Hill do Brasil, 1981.
SARDELLA, Antônio. Química série Novo Ensino Médio. Volume único. São Paulo: Ática, 2000.
TORRES, Patrícia Lupion. Organizadora. Alguns fios para entretecer o pensar e o agir. Curitiba: SENAR­PR, 2007. 44
ANEXOS
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TEXTO 01
Produtor de água
Xico Graziano A água é fundamental à vida. E o acesso à água potável constitui um requisito da democracia contemporânea. Demorou, mas, finalmente, a sociedade parece descobrir que preservar os recursos hídricos carrega o passaporte para o futuro.
Relatório recente da Organização das Nações Unidas para a Agricultura e a Alimentação (FAO) indica que a escassez de água atinge 1,2 bilhão de pessoas em todo o mundo. Outros 500 milhões se encontram ameaçados no curto prazo. O Brasil apresenta elevada disponibilidade de água doce. A vazão média dos rios nacionais atinge 180 mil metros cúbicos por segundo, cerca de 12% do mundo.
Mas há um problema: 74% desses recursos hídricos estão na Bacia do Amazonas. Nas regiões mais povoadas e industrializadas, a falta d’água começa a preocupar. O dilema da escassez já atinge certas bacias hidrográficas, como a do Piracicaba­Jundiaí e a do Paraíba do Sul, para não falar do Alto Tietê, que rega a metrópole paulistana.
A fartura da natureza fez as pessoas, talvez, imaginarem que a água seria um bem infinito. Vã ilusão. Pelo País afora, o desmatamento e a erosão dos solos provocou o assoreamento dos rios e reservatórios. A poluição urbana, industrial e doméstica destruiu sua qualidade. Quanta judiação. A cor cristalina dos córregos submergiu na fétida nódoa da civilização.
Guarapiranga é um espelho da tragédia ambiental que acomete as metrópoles brasileiras. Há décadas essa região paulistana de valiosos mananciais se degrada com a ocupação humana desenfreada. Seguindo o triste caminho da Represa Billings, a poluição turva as suas águas. Azar da natureza. Omissão do Estado.
Na agenda da proteção dos recursos hídricos, País afora, cabe tarefa a todos. A começar da medida básica: o combate ao desperdício. A receita contra o consumo perdulário de água contém educação, boa consciência e uma pitada de repressão. É impossível que as calçadas continuem a ser lavadas livremente, como se fosse normal derriçar água fora. Atenção, senhoras donas de casa: uma mangueira aberta gasta 280 litros em apenas 15 minutos de “varrição”. No passado, podia ser suportável. Hoje, é inadmissível.
Grande contribuição deve vir da construção civil. O reúso da água em condomínios e plantas industriais ainda engatinha. A captação das chuvas nas residências parece poesia de ecologista. Válvulas hidráulicas, com pressão sempre desregulada, tornam as descargas sanitárias uma afronta à natureza. Chuveiros elétricos são verdadeiros criminosos ambientais.
Reduzir o desperdício de água é fundamental. Mas, na ponta inversa da equação, onde nasce a água, mora outro grande perigo. Há também que proteger a “fábrica de água”. Senão, um dia, a mina seca.
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O trabalho deve começar pela recuperação das matas ciliares, formando um cordão verde ao longo dos riachos. A lei exige 30 metros de largura. Nas nascentes, o aro vegetado é de 50 metros. Quanto erro se cometeu no passado, desmatando a esmo, deixando peladas as beiras dos córregos. Inadvertidamente, procurando terra fértil, agricultores cultivaram até próximo da linha d’água. Vieram as enchentes, criando enormes barrancos.
Ensina a economia que a escassez define o preço de um bem. É inevitável, e desejável, a cobrança pelo uso da água. A economia ajuda a ecologia. Dar preço ao consumo vai melhorar a gestão dos recursos hídricos. Afinal, ninguém valoriza aquilo que nada vale. Quando dói no bolso, muda o negócio.
Quem pagaria pela cobrança da água? Os tomadores do precioso líquido: empresas de saneamento, indústrias e irrigantes. Hoje, no abastecimento humano se paga, apenas, pelo serviço de tratamento da água. Na irrigação, atividade gastadora de água, sistemas modernos de gotejamento devem substituir os perdulários aspersores. Cresce a proposta de se utilizar parte dos recursos da cobrança na remuneração dos “produtores de água”. Surge novo conceito, que abarca os proprietários rurais conservacionistas, aqueles que preservam a natureza e protegem os mananciais em seu território. O tema é fundamental.
Trata­se de uma recompensa aos agricultores que, abdicando do uso intensivo da terra, prestam relevante serviço ambiental à sociedade. Parece utopia. Mas tal sistema funciona na cidade de Nova York. Lá, bebe­se água limpa sem tratamento químico. Os gringos pagam pela proteção das nascentes. E sai muito mais barato.
O pagamento por serviços ambientais empresta sinal positivo à política ambiental. O meio ambiente é conhecido por sempre dizer não. Dar vantagem econômica aos conservacionistas, porém, significa um belo sim. Um prêmio aos amigos da água.
Xico Graziano, agrônomo, é secretário do Meio Ambiente do Estado de São Paulo. e­
mail: [email protected] Boletim Informativo nº 951 , semana de 2 a 8 de abril de 2007
FAEP ­ Federação da Agricultura do Estado do Paraná
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TEXTO 02
Rios Voadores
Xico Graziano
Logo chega a primavera. As árvores já trocaram de roupa e os ipês se vestiram de amarelo. Nessa época, ainda mais agora após o clamor do aquecimento global, cabe refletir sobre o valor das florestas. A começar da Amazônia. Pode parecer estranho falar da Hiléia, não da Mata Atlântica, por aqui. Acontece, porém, que a floresta original que recobria as terras paulistas está com sua devastação controlada. Felizmente. O verde de sua graça ainda permanece cobrindo parte da Serra do Mar, como na Mantiqueira. O rastro de sua impiedosa destruição, é verdade, esteve feroz. Quando se iniciou a colonização européia, o bioma da Mata Atlântica cobria 17,6% do território nacional, distribuídos especialmente ao longo da costa, desde o Sul até a Bahia. Hoje, restam apenas 10% da mata original, 18% dela em São Paulo. Manchas da rica vegetação permanecem infiltradas pelo interior, como na reserva do Morro do Diabo, Pontal do Paranapanema paulista. Desmatar era a ordem do progresso. Belíssimo livro, lançado recentemente pela Secretaria de Meio Ambiente, atesta esse enfrentamento da natureza pelo homem. Ler "Nos Caminhos da Biodiversidade Paulista", organizado pelo jornalista Marcelo Leite, a partir de trabalho de dezenas de pesquisadores, provoca um sentimento ambíguo, e indescritível, de ganho e perda na história da colonização. Convenientemente, as coisas mudaram. As últimas medições realizadas pelo Instituto Florestal comprovam que os remanescentes da Mata Atlântica permanecem quase intactos na região litorânea de São Paulo. Alguma recuperação se inicia, desde há 15 anos, nas matas ciliares espalhadas pelo interior. Boa notícia. Da Amazônia, entretanto, o panorama chega menos alvissareiro. Dados recentes mostram que caiu o ritmo do desmatamento. Pode ser devido à crise conjuntural da agropecuária. O governo esteve, também, mais atuante, regulamentando o corte sustentável da floresta. Mas a economia que vive do saque mantém­se firme e forte. Permanece por lá a idéia de que cortar madeira serve ao progresso. Tal São Paulo no passado. Como salvar a Amazônia? Aumentar a fiscalização ambiental, por certo, é importante. O 48
governo federal poderia criar uma polícia florestal, específica, para enfrentar os criminosos do mato. A experiência da polícia ambiental em São Paulo, com 2 200 homens, mostra êxito. A conscientização ecológica dos agricultores ajuda. E o mercado mundial, restritivo aos produtos ambientalmente "sujos", favorece. A maior prova se encontra na "moratória da soja", acordo realizado entre empresários e organizações ambientalistas. Restringe o comércio externo da soja plantada em desmates recentes na Amazônia. Excelente idéia. É aqui, na ponta do consumo, que se esconde o ovo de Colombo da proteção da Amazônia. Repressão local é luta de guerrilha. A guerra mesmo se vencerá conscientizando a demanda. Nesse processo, a sociedade paulista tem papel fundamental a cumprir. Basta se recusar a comprar madeira surrupiada da floresta. Simples, embora difícil. O grande consumo das toras amazônicas reside em São Paulo. Aqui está o destino, junto com Rio de Janeiro e Minas Gerais, para 80% dos caminhões carregados do roubo florestal. Influenciar esse padrão de consumo, isso sim, fere de morte a rapinagem ambiental. A equação depende da construção civil e da indústria de móveis. Madeira­de­lei centenária, perobas e mognos, maçarandubas e imbuias, acabam serrados para virar caibro e ripa de telhados, tacos e tábuas de assoalho, camas e armários. Um gosto antigo, mania atrasada. Existe a exploração sustentável, aquela oriunda de perímetros controlados, tecnicamente conduzidos, onde se escolhe apenas as árvores maduras para abater, não ameaçando a reposição da floresta nativa. A confiabilidade desse sistema é, infelizmente, precária. Inexiste auditoria. Desconfia­se que muita madeira "certificada" seja esquentada no conluio entre a ganância e a ladroagem pública. A construção civil deve banir, logo, o uso de madeira sem origem certificada. Melhor, pode adquirir seus produtos no setor das florestas plantadas, priorizando o uso de pinus e eucalipto. Aglomerados e compensados de madeira substituem, com vantagens econômicas, a madeira nativa. Ecologia agrega valor ao marketing do setor imobiliário. A conscientização das famílias, compradoras de casas e apartamentos, fecha o cerco contra a derrubada da Amazônia. Amigos da natureza valorizam a produção limpa. Motivada, a sociedade vence a quadrilha florestal. Rios voadores. Aos incrédulos, a inusitada informação. Cientistas, como o meteorologista 49
Pedro Dias, da USP, estimam que, na estação chuvosa, até 70% da precipitação caída em São Paulo depende do vapor dágua gerado na Amazônia. Uma árvore adulta expele até 300 litros de água por dia. Quer dizer, se acabar a floresta lá, para de chover aqui. O fenômeno vem sendo estudado, há vinte anos, pelo prof. Enéas Salati, da Esalq/USP, um abnegado. Os ventos dominantes na Amazônia sopram de leste para oeste, em função da rotação da Terra. Quando batem nos Andes, se viram para o Sul, descendo para o Prata. O volume de água transportado pelo ar adquire a grandeza do rio Amazonas, com 200 mil m3/s. Quem diria. Em 21 de setembro, Dia da Árvore, mais que plantar tenras mudas, deveria haver uma verdadeira cruzada em defesa do mundo verde. Realçar a agenda do consumo sustentável. Chega de matar árvores para adornar a sala de visitas. Artigo Publicado dia 11/09/2007 pelos Jornais O Estado de S. Paulo e O Tempo, de MG.