Cerca de 71% da superfície do nosso planeta é formada por água. Essa substância, que é indispensável para a vida, está nos oceanos, rios e lagos, mas também nas geleiras e no próprio ar que respiramos. Sim, além do líquido, a água também pode ser encontrada nos estados sólido (como o gelo) e gasoso (vapor d'água). Esses são os três estados físicos da água. Vamos vê-los mais de perto?
1. Estado líquido
A água no estado líquido pode ter volume definido, mas não tem forma própria. Podemos medir, por exemplo, a quantidade de água que há dentro de uma bacia, mas se despejarmos o conteúdo da bacia dentro de pequenos potes, veremos que a água assumirá novos formatos.
Para que a água esteja no estado líquido, ela precisa estar a uma temperatura entre 1ºC e 99ºC. Com menos de um 1ºC ela começa a congelar. Se passar de 99ºC ela começa a evaporar.
No estado líquido, a força de interação entre as moléculas é relativamente fraca, o que faz com que as moléculas de água se desloquem com mais facilidade. Isso explica por que a água no estado líquido pode assumir diversas formas.
Só para lembrar: uma molécula é uma porção pequena de uma substância que mantém todas as suas propriedades químicas. A molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio: H2O.
2. Estado sólido
A água no estado sólido possui volume e forma bem definidos. Basta ver o cubo de gelo ou o iceberg: ambos são rígidos e têm uma forma determinada, que pode ser alterada caso haja aumento da temperatura.
Diferentemente do que acontece com a água no estado líquido, no estado sólido as moléculas se encontram bem próximas umas das outras. O que faz alterar essa estrutura molecular é a temperatura.
Experimente pôr um copinho d'água no freezer para ver o que acontece. A diminuição da temperatura faz com que as moléculas de água se agitem menos, mantendo-se em posições determinadas. Vem daí a rigidez do cubo de gelo. No estado sólido, a força de coesão entre as moléculas é grande. O oposto disso é o que ocorre na água em seu estado gasoso.
3. Estado gasoso
No estado gasoso, a água não possui nem forma nem volume definidos. Nesse estado, as forças de repulsão entre as moléculas são maiores que as forças de coesão. As moléculas se encontram bem distantes umas das outras e em estado de muita mobilidade, a ponto de se dispersarem rapidamente no ar.
Com o aquecimento de um cubo de gelo, por exemplo, as moléculas começam a se agitar, distanciando-se umas das outras e conferindo à água seu estado líquido. Caso esse líquido receba mais energia, as moléculas agitam-se e se afastam ainda mais, produzindo vapor.
Há um fenômeno curioso na natureza em que podemos ver a água em seu estado gasoso: o gêiser. Trata-se de um fenômeno raro que consiste no superaquecimento de água em depósitos subterrâneos. Com o aumento da pressão, grandes porções de água são expelidas nas formas líquida e gasosa. O espetáculo é belíssimo.
Como ocorrem as mudanças de estado físico da água?
As mudanças de estado físico da água estão relacionadas com a absorção ou a liberação de energia.
1. Fusão
Dizemos que ocorre fusão quando a água passa do estado sólido para o líquido. Para que isso aconteça, é preciso que haja absorção de energia pela água. O recebimento de energia faz com que as moléculas se agitem e se distanciem umas das outras.
Quando colocamos cubos de gelo dentro do suco de laranja, vemos que aos poucos a água em estado sólido (gelo) começa a derreter. Em contato com o suco, que está mais quente, o gelo aquece, atingindo em pouco tempo seu ponto de fusão: 0ºC. O ponto de fusão é a temperatura em que a água passa do estado sólido para o líquido.
Um dos efeitos mais desastrosos do aquecimento global é o derretimento das geleiras, como as que existem na Antártida e no Alasca. Esse processo de conversão da água em estado sólido para o líquido é um exemplo claro de fusão na natureza.
2. Vaporização
Se a água em estado líquido recebe energia, ela passa para o estado gasoso. Esse fenômeno é chamado de vaporização, que pode acontecer de três maneiras:
- evaporação: passagem mais gradual do estado líquido para o gasoso;
- ebulição: passagem rápida do estado líquido para o gasoso;
- calefação: passagem instantânea da água do estado líquido para o gasoso.
Quer ver um exemplo de evaporação? Basta pendurar uma roupa molhada no varal e dar uma conferida após algumas horas. A roupa estará completamente seca ou no mínimo menos molhada do que quando saiu da máquina de lavar. Claro que o ritmo da evaporação depende da umidade do ar e da temperatura. Num dia ensolarado e quente, a roupa seca rapidinho.
A evaporação é um fenômeno que ocorre em lagos, represas, rios e oceanos. Devido à energia do sol, a água evapora, dando início ao chamado ciclo hidrológico (ou ciclo da água), que é o movimento contínuo que a água faz da superfície para a atmosfera.
Em linhas gerais, o ciclo hidrológico funciona assim: a água evaporada de oceanos e rios condensa em nuvens, que por sua vez produzem chuvas. A água das chuvas cai sobre oceanos e continentes, voltando à atmosfera em forma gasosa. O ciclo então se repete indefinidamente.
A ebulição depende de determinada temperatura para ocorrer. O melhor exemplo disso é quando fervemos água no fogão. Quando a água esquenta bastante, ela atinge o ponto de ebulição (100ºC), momento exato em que ela começa a ferver. A fervura faz a água passar do estado líquido para o gasoso.
Já a calefação ocorre quando a água em estado líquido é colocada em contato com uma superfície com temperatura mais elevada que seu ponto de ebulição. A mudança de estado se dá de forma rápida. Isso ocorre, por exemplo, quando jogamos um pouco de água numa panela seca e bem quente. Quando a água entra em contato com o metal aquecido, a vaporização acontece instantaneamente.
3. Solidificação
O esfriamento da água faz com que o grau de agitação de suas moléculas diminua, bem como a distância entre elas. Quando chega a 0ºC, a água atinge seu ponto de solidificação. Ou seja, torna-se sólida.
Em lugares muito frios, é comum que a superfície de rios e lagos congelem durante o inverno. Isso pode ser observado quando enchemos forminhas de água para produzir gelo. A princípio, a superfície da água, que está em contato com o ar frio, congela. Após algum tempo, todo o conteúdo do recipiente congela também.
4. Condensação
Condensação é a passagem do estado gasoso para o líquido. Sabe quando pegamos uma garrafa d'água ou de qualquer outro líquido da geladeira e ela começa a "suar"? Isso ocorre porque a água que está no ar em estado gasoso (sim, o ar que respiramos tem água) entra em contato com a superfície fria da garrafa, perdendo calor. Ao perder calor, acontece a condensação.
Outro exemplo bem comum: já reparou que quando fechamos todas as janelas do carro em dias frios ou chuvosos os vidros começam a embaçar? Quanto mais gente dentro do carro, pior fica, né?
A explicação para isso tem a ver com a diferença de temperatura entre o interior e o exterior do veículo. Como no interior do carro o ar está mais quente (e quanto mais gente respirando, mais quente ele fica), a água que está no ar em forma de vapor se condensa quando entra em contato com a superfície fria do vidro. Ligar o ar-condicionado pode ajudar.
5. Sublimação
Há casos em que a água sólida passa diretamente para o estado gasoso, sem passar pelo estágio líquido. Esse fenômeno recebe o nome de sublimação. Um exemplo clássico de sublimação é o gelo-seco. Porém, ao contrário do que o nome sugere, gelo-seco não é água, e sim dióxido de carbono em estado sólido (CO2).
A sublimação da água existe e é menos perceptível do que os outros processos. Tal como a água em estado líquido, o gelo também pode vaporizar. Se alimentos forem deixados dentro do freezer num recipiente sem tampa, veremos que esse alimento irá desidratar com o tempo. Para onde foi a água? Sublimou.
Faça um teste. Deixe uma bandejinha com água dentro do freezer durante vários dias (quanto mais tempo, melhor). Você verá que o volume de água irá diminuir com o passar do tempo. A água sólida simplesmente evapora, sem virar líquido antes disso.
Outro exemplo. Congelamos sopa dentro de um pote fechado. Se abrirmos o pote após algum tempo, veremos que há gelo acumulado em outros locais do pote, como na tampa. O que acontece é o seguinte:
- O alimento congela.
- Há sublimação do gelo do alimento.
- Essa água em forma de vapor novamente se solidifica, aderindo à tampa da embalagem.
Você sabia que cientistas descobriram um quarto estado da água?
Foi isso mesmo que você leu. Cientistas ligados ao Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, descobriram água num estado. Ou seja, ela não é nem sólida, nem líquida, nem gasosa.
Essa nova propriedade da água foi identificada em condição de elevadíssima pressão em canais microscópicos dentro do mineral berilo. Pedras preciosas como a esmeralda e a água-marinha são variedades de berilo.
Ainda não se sabe muito sobre esse quarto estado, mas um coisa é certa: é impossível vê-lo a olho nu. Cientistas o chamam de "tunelamento quântico", já que dentro dessa "gaiola" de 0,1 bilionésimo de metro as moléculas de água se comportam de uma forma completamente nova, movendo-se de acordo com as leis da mecânica quântica.
Se é impossível ver esse novo estado, também é impossível demonstrá-lo a partir de exemplos da nossa vida cotidiana. Mas saiba de uma coisa: se você tem uma pedra de esmeralda ou água-marinha em casa, você pode estar mais próximo do que imagina desse estranho quarto estado da água.
