Núcleo Estadual de Educação de Jovens e Adultos Darcy Vargas CIÊNCIAS A ÁGUA

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1 Núcleo Estadual de Educação de Jovens e Adultos Darcy Vargas CIÊNCIAS A ÁGUA 1

2 A ÁGUA Cerca de 71% da superfície da Terra é coberta por água em estado líquido. Do total desse volume, 97,4% aproximadamente, está nos oceanos, em estado líquido. A água dos oceanos é salgada: contém muito cloreto de sódio, além de outros sais minerais. Mas a água em estado líquido também aparece nos rios, nos lagos e nas represas, infiltrada nos espaços do solo e das rochas, nas nuvens e nos seres vivos. Nesses casos ela apresenta uma concentração de sais geralmente inferior a água do mar. É chamada de água doce e corresponde a apenas cerca de 2,6% do total de água do planeta. Cerca de 1,8% da água doce do planeta é encontrado em estado sólido, formando grandes massas de gelo nas regiões próximas dos pólos e no topo de montanhas muito elevadas. As águas subterrâneas correspondem á 0,96% da água doce, o restante está disponível em rios e lagos. Oceanos e mares - 97% Geleiras inacessíveis - 2% Rios, lagos e fontes subterrâneas - 1% A presença de água nos seres vivos Um dos fatores que possibilitaram o surgimento e a manutenção da vida na Terra é a existência da água. Ela é um dos principais componentes da biosfera e cobre a maior parte da superfície do planeta. Na Biosfera, existem diversos ecossistemas, ou seja, diversos ambientes na Terra que são habitados por seres vivos das mais variadas formas e tamanhos. Às vezes, nos esquecemos que todos esses seres vivos têm em comum a água presente na sua composição. Veja alguns exemplos. A água-viva chega a ter 95% de água na composição do seu corpo. A melancia e o pepino chegam a ter 96% de água na sua composição. Portanto a água não está presente apenas nas plantas; ela também faz parte do corpo de muitos animais. É fácil comprovar que o nosso corpo, por exemplo, contém água. Bebemos água várias vezes ao dia, ingerimos muitos alimentos que contém água e expelimos do nosso corpo vários tipos de líquidos que possuem água, por exemplo, suor, urina, lágrimas, etc. O que é a água? A água é uma das substâncias mais comuns em nosso planeta. Toda a matéria (ou a substância) na natureza é feita por partículas muito pequenas, invisíveis a olho nu, os átomos. Cada tipo de átomo pertence a um determinado elemento químico. Os átomos de oxigênio, hidrogênio, carbono e cloro são alguns exemplos de elementos químicos que formam as mais diversas substâncias, como a água, o gás carbônico, etc. Os grupos de átomos unidos entre si formam moléculas. Cada molécula de água, por exemplo, é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. A molécula de água é representada pela fórmula química H2O. Em cada 1 g de água há cerca de (leia: "trinta sextilhões") de moléculas de água. 2

3 Estados físicos da matéria Quando nos referimos à água, a ideia que nos vem de imediato à mente é a de um líquido fresco e incolor. Quando nos referimos ao ferro, imaginamos um sólido duro. Já o ar nos remete à ideia de matéria no estado gasoso. Toda matéria que existe na natureza se apresenta em uma dessas formas - sólida, líquida ou gasosa. É o que chamamos de estados físicos da matéria. No estado sólido, as moléculas de água estão bem "presas" umas às outras e se movem muito pouco: elas ficam "balançando", vibrando, mas sem se afastarem muito umas das outras. Não é fácil variar a forma e o volume de um objeto sólido, como a madeira de uma porta ou o plástico de que é feito uma caneta, por exemplo. O estado líquido é intermediário entre o sólido e o gasoso. Nele, as moléculas estão mais soltas e se movimentam mais que no estado sólido. Os corpos no estado líquido não mantém uma forma definida, mas adotam a forma do recipiente que os contém, pois as moléculas deslizam umas sobre as outras. Na superfície plana e horizontal, a matéria, quando em estado líquido, também se mantém na forma plana e horizontal. No estado gasoso a matéria está muito expandida e, muitas vezes, não podemos percebê-la visualmente. Os corpos no estado gasoso não possuem volume nem forma próprios e também adotam a forma do recipiente que os contém. No estado gasoso, as moléculas se movem mais livremente que no estado líquido, estão muito mais distantes umas das outras que no estado sólido ou líquido, e se movimentam em todas as direções. Frequentemente há colisões entre elas, que se chocam também com a parede do recipiente em que estão. É como se fossem abelhas presas em uma caixa, e voando em todas as direções. Em resumo: no estado sólido as moléculas de água vibram em posições fixas. No estado líquido, as moléculas vibram mais do que no estado sólido, mas dependente da temperatura do líquido (quanto mais quente, maior a vibração, até se desprenderem, passando para o estado gasoso, em um fenômeno conhecido como ebulição). Consequentemente, no estado gasoso (vapor) as moléculas vibram fortemente e de forma desordenada. Mudanças de estado físico As passagens entre os três estados físicos (sólido, líquido e gasoso) têm o nome de mudanças de estado físico. 1. FUSÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado líquido. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Fusão. Por exemplo, o derretimento de um cubo de gelo. 2. VAPORIZAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado gasoso. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Ebulição. Uma vaporização pode ocorrer de três modos distintos: a. CALEFAÇÃO: passagem do estado líquido para o gasoso de modo muito rápido, quase instantâneo. Por exemplo, gotas de água sendo derramadas em uma chapa metálica aquecida. b. EBULIÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso por meio de aquecimento direto, envolvendo todo o líquido. Por exemplo, o aquecimento da água em uma panela ao fogão. 3

4 c. EVAPORAÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso que envolve apenas a superfície do líquido. Por exemplo, a secagem de roupas em um varal. 3. LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: representa a passagem do estado gasoso para o estado líquido. Por exemplo, a umidade externa de um frasco metálico ao ser exposto a uma temperatura relativamente elevada. 4. SOLIDIFICAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado sólido. Por exemplo, o congelamento da água em uma forma de gelo levada ao refrigerador. 5. SUBLIMAÇÃO E RESSUBLIMAÇÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso ou o processo inverso, sem passagem pelo estado líquido. Por exemplo, a sublimação do gás carbônico sólido, conhecido por gelo seco, em exposição à temperatura ambiente. Em alguns casos, a sublimação e a ressublimação ocorrem espontaneamente, sem necessidade de aquecimento, como acontece com a naftalina, substância utilizada para matar baratas e outros insetos. Nesse caso, esse processo é lento, pois ocorre em temperatura ambiente. O ciclo da água A água no estado líquido ocupa os oceanos, lagos, rios, açudes etc. De modo contínuo e lentamente, à temperatura ambiente, acontece a evaporação, isto é, a água passa do estado líquido para o gasoso. Quanto maior for a superfície de exposição da água (por exemplo, um oceano ou nas folhas de árvores de uma floresta), maior será o nível de evaporação. Quando o vapor de água entra em contato com as camadas mais frias da atmosfera, a água volta ao estado líquido, isto é, gotículas de água ou até minúsculos cristais de gelo se concentram formando nuvens. O vapor de água, quando resfriado, pode também formar a neblina (nevoeiro), ou seja, aquela "nuvem" que se forma perto do solo. Ao se formar nas nuvens um acúmulo de água muito grande, as gotas tornam-se cada vez maiores, e a água se precipita, isto é, começa a chover. Em regiões muito frias da atmosfera, a água passa do estado gasoso para o estado líquido e, rapidamente, para o sólido, formando a neve ou os granizos (pedacinhos de gelo). A água da chuva e da neve derretida se infiltra no solo, formando ou renovando os lençóis freáticos. As águas subterrâneas emergem para a superfície da terra, formando as nascentes dos rios. Assim o nível de água dos lagos, açudes, rios etc. é mantido. A água do solo é absorvida pelas raízes das plantas. Por meio da transpiração, as plantas eliminam água no estado de vapor para o ambiente, principalmente pelas folhas. E na cadeia alimentar, as plantas, pelos frutos, raízes, sementes e folhas, transferem água para os seus consumidores. Além do que é ingerido pela alimentação, os animais obtêm água bebendo-a diretamente. Devolvem a água para o ambiente pela transpiração, pela respiração e pela eliminação de urina e fezes. Essa água evapora e retorna à atmosfera. No nosso planeta, o ciclo de água é permanente. 4

5 Ciclo da água Água: Solvente Universal No ambiente é muito difícil encontrar água pura, em razão da facilidade com que as outras substâncias se misturam a ela. Mesmo a água da chuva, por exemplo, ao cair, traz impurezas do ar nela dissolvidas. Uma das importantes propriedades da água é a capacidade de dissolver outras substâncias. A água é considerada solvente universal, porque é muito abundante na Terra e é capaz de dissolver grande parte das substancias conhecidas. Se percebermos na água cor, cheiro ou sabor, isso se deve a substâncias (líquidos, sólidos ou gases) nela presentes, dissolvidas ou não. As substâncias que se dissolvem em outras (por exemplo: o sal) recebem a denominação de soluto. A substância que é capaz de dissolver outras, como a água, é chamada de solvente. A associação do soluto com o solvente é uma solução. Pressão da àgua Você já tentou segurar com o dedo o jato de água que sai de uma mangueira? O que aconteceu? A água impedida pelo dedo de fluir, exerce pressão e sai com mais força. Todos os líquidos em geral exercem pressões. Uma maneira de demonstrar a pressão exercida por uma coluna de "líquido" é efetuar orifícios numa garrafa plástica de 2 litros (destas de refrigerante) e enchê-la de água. A experiência ilustrada abaixo indica que a pressão exercida por um líquido aumenta com a profundidade. 5

6 A água que fica na altura do furo de baixo aguenta o peso toda a água que está em cima. E por isso que o jato de água sai por esse furo com mais força que o jato que sai pelo furo localizado mais em cima, onde a pressão da água é menor. Esa fato revela que: A água exerce pressão; Essa pressão aumenta com a profundidade Pressão e mergulho Quando uma pessoa mergulha, pode sentir dor na parte interna da orelha. Você sabe por que isso acontece? Novamente, a explicação está relacionada à pressão que a água exerce. Quando mergulhamos, à medida que nos deslocamos para o fundo, aumenta a altura da coluna líquida acima de nós. Quanto maior a altura dessa coluna, maior será a pressão exercida pelo líquido sobre nós. Por essa razão, nas profundezas dos oceanos a pressão da água é grande e o homem não consegue chegar até lá sem equipamentos de proteção contra a pressão. Flutuação dos Corpos na água Você já se perguntou por que alguns objetos afundam na água? Porque um prego afunda e um navio flutua na água? O que faz com que a água sustente alguns objetos, de forma que eles consigam flutuar nela? Entender porque alguns objetos afundam na água enquanto outros flutuam é muito importante na construção de navios, submarinos etc. Se na água um prego afunda e um navio flutua, está claro que isso não tem nada a ver com o fato de o objeto ser leve ou pesado, já que um prego tem algumas gramas e um navio pesa toneladas. Na água podemos erguer uma pessoa fazendo pouco esforço, enquanto fora da água não conseguiríamos nem movê-la do chão. Isso acontece porque a água empurra o corpo de uma pessoa para cima. A força que a água exerce nos corpos mergulhados de baixo para cima (como um "empurrão"), é denominada empuxo. A quantidade de água deslocada pelos corpos é um importante fator para a flutuação ou afundamento dos objetos. O prego, por ter pouco volume, desloca um mínimo de água quando mergulhado. Já o navio por ser muito volumoso, desloca uma grande quantidade de água. Então seu "peso" fica equilibrado pela força com que a água o "empurra", ou seja, pelo empuxo. Quando o empuxo (E) é igual ao peso (P) o objeto flutua, porém quando o peso é maior que o empuxo o objeto afunda. O submarino quando quer afundar aumenta seu peso enchendo seus tanques de água do mar. A qualidade da água A vida humana, assim como a de todos os seres vivos depende da água. Mas a nossa dependência da água vai além das necessidades biológicas: precisamos dela para limpar as nossas casas, lavar as nossas roupas e o nosso corpo. E mais: para limpar máquinas e equipamentos, irrigar plantações, dissolver produtos químicos, criar novas substâncias, gerar energia. 6

7 É aí que está o perigo: a atividade humana muitas vezes comprometa a qualidade da água. Casas e indústrias podem despejar em rios e mares substâncias que prejudicam a nossa saúde. Por isso, escolher bem a água que bebemos e proteger rios, lagos e mares são cuidados essenciais à vida no planeta. Água potável A água potável é aquela popularmente chamada água pura. Para ser bebida por nós, a água deve ser incolor, insípida (sem sabor) e inodora (sem cheiro). Ela deve estar livre de materiais tóxicos e microorganismos, como bactérias, protozoários etc., que são prejudiciais, mas deve conter sais minerais em quantidade necessária à nossa saúde. A água potável é encontrada em pequena quantidade no nosso planeta e não está disponível infinitamente. Por ser um recurso limitado, o seu consumo deve ser planejado. Água destilada A água potável deve ter certa quantidade de alguns sais minerais dissolvidos, que são importantes para a nossa saúde. A água sem qualquer outra substância dissolvida é chamada de água destilada. Veja como se consegue água destilada. Para retirar sais minerais e outros produtos dissolvidos na água, utiliza-se um processo chamado destilação. O produto dessa destilação, a água destilada, é usado em baterias de carros e na fabricação de remédios e outros produtos. Não serve para beber, já que não possui os sais minerais necessários ao nosso organismo. Veja como funciona o aparelho que produz água destilada, o destilador: Observe que a água ferve (1) com ajuda do (2) Bico de Bunsen (chama que aquece a água), transformando-se em vapor (3), e depois se condensa (4), voltando ao estado líquido. Os sais minerais não vaporizam, mas ficam dentro do vidro onde a água foi fervida (chamado balão de destilação). Água mineral A água do mar é salgada porque tem muito cloreto de sódio, que é o sal comum usado na cozinha. Justamente por ter tanto sal, não é potável. Se bebermos água do mar, o excesso de sal nos fará eliminar mais água na urina do que deveríamos, e começamos então a ficar desidratados. Já a água doce, dos rios, lagos e fontes, tem menos sal que a água do mar e pode ser bebida - desde que esteja sem micróbios e produtos tóxicos ou que tenha sido tratada para eliminar essas impurezas. A chamada água mineral é água que brota de fontes do subsolo. Ela costuma ter alguns sais minerais em quantidade um pouco maior que a água utilizada nas residências e, às vezes outros sais. A água mineral é, em geral potável e pode ser bebida na fonte ou engarrafada - desde que a fonte esteja preservada da poluição e da contaminação ambiental e que o processo de engarrafamento seja feito com higiene. Fontes de poluição da água A água pode conter barro, areia e outras impurezas. Um grande perigo de contaminação da água está, por exemplo, na presença de produtos químicos tóxicos ou microorganismos que tornam a água poluída. Há varias fontes de poluição, como veremos a seguir. A conseqüência da falta de tratamento de esgoto O grande número de dejetos dos populosos núcleos residenciais, descarregado em córregos, rios e mares provoca a poluição e a contaminação das águas. Febre tifóide, hepatite, cólera e muitas verminoses são doenças transmitidas por essas águas. Há rios como o Tietê e o Guaíba - em cujas margens surgiram a cidade de São Paulo e Porto Alegre - que já estão comprometidos. Além desses, há vários rios expostos à degradação ambiental. A mineração, a extração e o transporte de petróleo 7

8 Atividades econômicas importantes têm causado inúmeros acidentes ecológicos graves. O petróleo extraído dos mares e os metais ditos pesados usados na mineração (por exemplo, o mercúrio, no Pantanal), lançados na água por acidente, ou negligência, têm provocado a poluição das águas com prejuízos ambientais, muitas vezes irreversíveis. A poluição causada pelas indústrias Mesmo havendo leis que proíbam, muitas indústrias, continuam a lançar resíduos tóxicos em grande quantidade nos rios. Na superfície da água, é comum formar-se uma pequena espuma ácida, que, dependendo da fonte de poluição, pode ser composta principalmente de chumbo e mercúrio. Essa espuma pode causar a mortandade da flora e da fauna desses rios. E esses agentes poluidores contaminam também o organismo de quem consome peixes ou quaisquer outros produtos dessas águas. As estações de tratamento da água Muitas casas das grandes cidades recebem água encanada, vinda de rios ou represas. Essa água é submetida a tratamentos especiais para eliminar as impurezas e os micróbios que prejudicam a saúde. Primeiramente, a água do rio ou da represa é levada através de canos grossos, chamados adutoras, para estações de tratamento de água. Depois de purificada, a água é levada para grandes reservatórios e daí é distribuída para as casas. Na estação de tratamento, a água passa por tanques de cimento e recebe produtos como o sulfato de alumínio e o hidróxido de cálcio (cal hidratada). Essas substâncias fazem as partículas finas de areia e de argila presentes na água se juntarem, formando partículas maiores, os flocos. Esse processo é chamado floculação. Como essas partículas são maiores e mais pesadas, elas vão se depositando aos poucos no fundo de outro tanque, o tanque de decantação. Desse modo, algumas impurezas sólidas da água ficam retidas. Após algumas horas no tanque de decantação, a água que fica por cima das impurezas, e que está mais limpa, passa por um filtro formado por várias camadas de pequenas pedras (cascalho) e areias. À medida que a água vai passando pelo filtro, as partículas de areia ou de argila que não se depositaram vão ficando presas nos espaços entre os grãos de areia. Parte dos micróbios também fica presa nos filtros. É a etapa conhecida como filtração. Mas nem todos os micróbios que podem causar doenças se depositam no fundo do tanque ou são retidos pelo filtro. Por isso, a água recebe produtos contendo o elemento cloro, que mata os micróbios (cloração), e o flúor, um mineral importante para a formação dos dentes. A água é então levada através de encanamentos subterrâneos para as casas ou os edifícios. Mesmo quem recebe água da estação de tratamento deve filtrá-la para o consumo. Isso porque pode haver contaminação nas caixas d'água dos edifícios ou das casas ou infiltrações nos canos. As caixas-d'água devem ficar sempre bem tampadas e ser limpas pelo menos a cada seis meses. Além disso, em certas épocas, quando o risco de doenças transmitidas pela água aumenta, é necessário tomar cuidados adicionais. 8

9 Quando não há estação de tratamento Nos locais em que não há estações de tratamento, a água é obtida diretamente de rios, lagos, nascentes, represas ou poços. Mas, nesses casos, a água pode estar contaminada por micróbios e poluentes e são necessários alguns cuidados. O poço mais comum é o poço raso, que obtém água a 20 metros de profundidade, no máximo. Ele deve ser construído longe das fontes de poluição e contaminação, ficando, por exemplo, a pelo menos 25 metros da fossa onde as fezes e os resíduos da casa são despejados. Deve ter uma tampa impermeável (uma laje de concreto armado) e uma abertura a pelo menos 20 centímetros acima do solo, para protegê-lo contra a entrada de águas que escorrem pela superfície do solo. É preciso também que os primeiros três metros do poço sejam impermeáveis à água da chuva que cai na superfície do terreno. A água que se infiltra a mais de três metros e que entra no poço já sofreu um processo natural de filtração ao atravessar o solo. É importante garantir que a água do poço ou de outras fontes não esteja contaminada por micróbios. O ideal é que ela seja analisada periodicamente por um laboratório, para verificar seu estado de pureza. Se isso não for possível, a água que se bebe, bem como a que é usada para lavar pratos e talheres, deve ser filtrada e tratada. A água deve ser fervida por pelos menos 15 minutos ou tratada com cloro (siga bem a instruções do fabricante, pois cloro em excesso pode causar envenenamento). Antes de tratar a água com cloro, porém, devemos filtrála, já que os ovos de vermes, por exemplo, não são destruídos pelo cloro, mas podem ser removidos pela filtração. 9

10 Existem também poços artesianos, construídos com equipamento especial, que furam a terra e tiram a água de lençóis subterrâneos mais profundos. Esses lençóis estão situados em espaços existentes entre rochas pouco permeáveis, geralmente a mais de 100 metros de profundidade. A água dos poços artesianos costuma estar limpa, mas deve-se também mandar analisá-la em laboratório. O destino da água utilizada Para onde vai a água depois de utilizada em lavagens de roupas, banho, ou descarga de banheiros e outras atividades de uso doméstico? O destino da água que foi utilizada é um grande problema de saneamento básico e que não está bem solucionado em muitas regiões do Brasil. Em pequenas comunidades, esse problema relativo ao tratamento da água utilizada pode ser resolvido ou minimizado com fossas sépticas e sumidouro. Nas regiões mais populosas, entretanto, exige-se uma solução mais complexa. Isso ocorre porque, mesmo para um pequeno prédio com dez apartamentos, a fossa séptica e o sumidouro, em geral, não são suficientes para absorver a água consumida por esses moradores. Imagine, então, uma grande cidade repleta de arranha-céus. Nesses casos, utilizam-se redes de esgoto. O Tratamento de Esgoto Ao chegar à estação de tratamento, o esgoto passa por grades de metal que separam objetos (como plástico, latas, tecidos, papéis, vidros etc.) da matéria orgânica, da areia e de outros tipos de partículas. O esgoto passa, lentamente, por grandes tanques, a fim de que a areia e as outras partículas se depositem. O lodo com a matéria orgânica pode seguir para um equipamento chamado biodigestor, onde sofre ação decompositora das bactérias. Nesse processo, há desprendimento de gases, entre eles o metano, que pode ser utilizado como combustível. A parte líquida, que ficou acima do lodo, também é atacada por bactérias, pois ainda apresenta matéria orgânica dissolvida, essa parte é agitada por grandes hélices, que garantem a oxigenação da água. Também podem ser utilizados para essa oxigenação bombas de ar ou mesmo certos tipos de algas, que produzirão o oxigênio na fotossíntese. 10

11 Só depois desse tratamento, o esgoto pode ser lançado em rios, lagos ou mares. A água já utilizada, após o tratamento retorna ao meio ambiente com seu efeito poluente diminuído. Caso contrário, pode causar grave contaminação da água e, assim, riscos à população que dela se utiliza. A falta de tratamento de esgoto pode provocar a contaminação do solo e da água, contribuindo para a proliferação de várias doenças. Muitas dessas doenças podem levar a morte muitas crianças, principalmente no seu primeiro ano de vida. Assim, garantir o tratamento de esgoto em todo o Brasil é uma meta a ser alcançada na busca de saúde e qualidade de vida da população. BIBLIOGRAFIA: Valle, Cecilia-Coleção Ciências e Sociedade- Editora Positivo-2005 Cruz, Daniel- Coleção tudo é Ciências- Editora Ática Paula, Maria da c.ferreira - Vimieiro, Maria das G.Monteiro Schwenck,Terezinha do Carmo-Coleção Ciência Ação e transformação- Editora do Brasil