Água

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Um glóbulo de água líquida e a depressão côncava e o rebote na água causados ​​por algo caindo na superfície da água
Um bloco de água sólida ( gelo )

Água (fórmula química H 2 O ) é um inorgânico , transparente, sem gosto, sem odor, e quase incolor substância química , que é o principal constituinte da Terra 's hydrosphere e os fluidos de todos os organismos vivos conhecidos (em que actua como um solvente [1] ). É vital para todas as formas de vida conhecidas, embora não forneça calorias ou nutrientes orgânicos . Sua fórmula química H 2 O, indica que cada uma de suas moléculas contém um oxigênio e dois átomos de hidrogênio , conectados por ligações covalentes . Os átomos de hidrogênio estão ligados ao átomo de oxigênio em um ângulo de 104,45 °. [2] "Água" é o nome do estado líquido do H 2 O nas condições padrão de temperatura e pressão .

Existem vários estados naturais da água. Forma precipitação na forma de chuva e aerossóis na forma de névoa. As nuvens consistem em gotículas suspensas de água e gelo , seu estado sólido. Quando finamente dividido, o gelo cristalino pode precipitar na forma de neve . O estado gasoso da água é vapor ou vapor d'água .

A água cobre aproximadamente 70,9% da superfície da Terra, principalmente nos mares e oceanos. [3] Pequenas porções de água ocorrem como águas subterrâneas (1,7%), nas geleiras e calotas polares da Antártica e da Groenlândia (1,7%), e no ar como vapor , nuvens (consistindo de gelo e água líquida suspensa no ar) e precipitação (0,001%). [4] [5] A água se move continuamente através do ciclo da água de evaporação , transpiração ( evapotranspiração ), condensação , precipitação e escoamento, geralmente alcançando o mar.

A água desempenha um papel importante na economia mundial . Aproximadamente 70% da água doce usada pelo homem vai para a agricultura. [6]A pesca em corpos de água salgada e doce é uma importante fonte de alimento para muitas partes do mundo. Muito do comércio de longa distância de commodities (como petróleo, gás natural e produtos manufaturados) é transportado por barcos através dos mares, rios, lagos e canais. Grandes quantidades de água, gelo e vapor são usadas para resfriamento e aquecimento, na indústria e em residências. A água é um excelente solvente para uma ampla variedade de substâncias minerais e orgânicas; como tal, é amplamente utilizado em processos industriais e na cozinha e na lavagem. Água, gelo e neve também são fundamentais para muitos esportes e outras formas de entretenimento, como natação, passeios de barco de recreio, corridas de barco, surf, pesca esportiva, mergulho, patinação no gelo e esqui.

Etimologia

A palavra água vem do inglês antigo wæter , do Proto-Germanic * watar (fonte também do Old Saxon watar , Old Frisian wetir , Dutch water , Old High German wazzar , German Wasser , vatn , Gothic 𐍅𐌰𐍄𐍉 ( wato ), do Proto-Indo -Europeu * wod-or , forma com sufixo de raiz * wed- ("água"; "molhado"). [7] Também cognato, por meio da raiz indo-européia, com o grego ύδωρ ( ýdor ), o russo вода́ ( vodá ), o irlandês uisce e o albanês ujë .

História

Propriedades químicas e físicas

Água ( H
2
O
) é um composto inorgânico polar que, à temperatura ambiente, é umlíquido insípido e inodoro , quase incolor com um toque de azul . Este mais simples calcogeneto de hidrogênio é de longe o composto químico mais estudado e é descrito como o "solvente universal" por sua capacidade de dissolver muitas substâncias. [8] [9] Isso permite que ele seja o " solvente da vida": [10] de fato, a água encontrada na natureza quase sempre inclui várias substâncias dissolvidas, e etapas especiais são necessárias para obter água quimicamente pura. A água é a única substância comum que existe como sólido , líquido e gasoso em condições terrestres normais. [11]

Estados

Os três estados comuns da matéria

Junto com o oxidano , a água é um dos dois nomes oficiais do composto químico H
2
O
; [12] é também a fase líquida de H
2
O
. [13] Os outros dois estados comuns da matéria da água são a fase sólida , gelo , e a fase gasosa, vapor d'água ou vapor . A adição ou remoção de calor pode causar transições de fase : congelamento (água para gelo), derretimento (gelo para água), vaporização (água para vapor), condensação (vapor para água), sublimação (gelo para vapor) e deposição (vapor para gelo). [14]

Densidade

A água difere da maioria dos líquidos por se tornar menos densa à medida que congela. [16] Na pressão de 1 atm, atinge sua densidade máxima de 1.000 kg / m 3 (62,43 lb / pés cúbicos) a 3,98 ° C (39,16 ° F). [17] A densidade do gelo é 917 kg / m 3 (57,25 lb / pés cúbicos), uma expansão de 9%. [18] [19] Esta expansão pode exercer enorme pressão, rompendo canos e rachando rochas (ver meteorização por gelo ). [20]

Em um lago ou oceano, a água a 4 ° C (39,2 ° F) afunda e o gelo se forma na superfície, flutuando na água líquida. Este gelo isola a água abaixo, evitando que congele. Sem essa proteção, a maioria dos organismos aquáticos pereceria durante o inverno. [21]

Transições de fase

A uma pressão de uma atmosfera (atm), o gelo derrete ou a água congela a 0 ° C (32 ° F) e a água ferve ou condensa o vapor a 100 ° C (212 ° F). No entanto, mesmo abaixo do ponto de ebulição, a água pode se transformar em vapor em sua superfície por evaporação (a vaporização em todo o líquido é conhecida como ebulição ). Sublimação e deposição também ocorrem nas superfícies. [14] Por exemplo, o gelo é depositado em superfícies frias, enquanto os flocos de neve se formam por deposição em uma partícula de aerossol ou núcleo de gelo. [22] No processo de liofilização , um alimento é congelado e armazenado em baixa pressão para que o gelo em sua superfície sublime. [23]

Os pontos de fusão e ebulição dependem da pressão. Uma boa aproximação para a taxa de variação da temperatura de fusão com a pressão é dada pela relação Clausius-Clapeyron :

Onde e são os volumes molares das fases líquida e sólida, eé o calor latente molar de fusão. Na maioria das substâncias, o volume aumenta quando ocorre a fusão, de modo que a temperatura de fusão aumenta com a pressão. No entanto, como o gelo é menos denso que a água, a temperatura de derretimento diminui. [15] Nas geleiras, o derretimento de pressão pode ocorrer sob volumes suficientemente grossos de gelo, resultando em lagos subglaciais . [24] [25]

A relação Clausius-Clapeyron também se aplica ao ponto de ebulição, mas com a transição líquido / gás a fase de vapor tem uma densidade muito menor do que a fase líquida, então o ponto de ebulição aumenta com a pressão. [26] A água pode permanecer em estado líquido em altas temperaturas no fundo do oceano ou no subsolo. Por exemplo, as temperaturas excedem 205 ° C (401 ° F) em Old Faithful , um gêiser no Parque Nacional de Yellowstone . [27] Em fontes hidrotermais , a temperatura pode exceder 400 ° C (752 ° F). [28]

Ao nível do mar , o ponto de ebulição da água é 100 ° C (212 ° F). À medida que a pressão atmosférica diminui com a altitude, o ponto de ebulição diminui 1 ° C a cada 274 metros. O cozimento em altitude leva mais tempo do que o cozimento no nível do mar. Por exemplo, a 1.524 metros (5.000 pés), o tempo de cozimento deve ser aumentado em um quarto para atingir o resultado desejado. [29] (Por outro lado, uma panela de pressão pode ser usada para diminuir o tempo de cozimento aumentando a temperatura de ebulição. [30] ) No vácuo, a água ferverá em temperatura ambiente. [31]

Pontos triplos e críticos

Diagrama de fases da água (simplificado)

Em um diagrama de fase de pressão / temperatura (veja a figura), existem curvas separando sólido de vapor, vapor de líquido e líquido de sólido. Eles se encontram em um único ponto denominado ponto triplo , onde todas as três fases podem coexistir. O ponto triplo está a uma temperatura de 273,16 K (0,01 ° C) e uma pressão de 611,657 pascal (0,00604 atm); [32] é a pressão mais baixa em que a água líquida pode existir. Até 2019 , o ponto triplo era usado para definir a escala de temperatura Kelvin. [33] [34]

A curva de fase de água / vapor termina em 647,096 K (373,946 ° C; 705,103 ° F) e 22,064 megapascais (3.200,1 psi; 217,75 atm). [35] Isso é conhecido como o ponto crítico . Em temperaturas e pressões mais altas, as fases de líquido e vapor formam uma fase contínua chamada de fluido supercrítico . Pode ser gradualmente comprimido ou expandido entre densidades gasosas e líquidas, suas propriedades (que são bastante diferentes das da água ambiente) são sensíveis à densidade. Por exemplo, para pressões e temperaturas adequadas, ele pode se misturar livremente com compostos não polares , incluindo a maioria dos compostos orgânicos . Isso o torna útil em uma variedade de aplicações, incluindo alta temperaturaeletroquímica e como solvente ou catalisador ecologicamente benigno em reações químicas envolvendo compostos orgânicos. No manto da Terra, ele atua como um solvente durante a formação, dissolução e deposição de minerais. [36] [37]

Fases de gelo e água

A forma normal de gelo na superfície da Terra é Ice Ih , uma fase que forma cristais com simetria hexagonal . Outro com simetria cristalina cúbica , Ice Ic , pode ocorrer na alta atmosfera. [38] À medida que a pressão aumenta, o gelo forma outras estruturas cristalinas . Em 2019, 17 foram confirmados experimentalmente e vários outros estão previstos teoricamente. [39]A 18ª forma de gelo, gelo XVIII, uma fase de gelo superiônica cúbica de face centrada, foi descoberta quando uma gota de água foi submetida a uma onda de choque que elevou a pressão da água a milhões de atmosferas e sua temperatura a milhares de graus, resultando em uma estrutura de átomos de oxigênio rígidos em que os átomos de hidrogênio fluíram livremente. [40] [41] Quando imprensado entre camadas de grafeno , o gelo forma uma estrutura quadrada. [42]

Os detalhes da natureza química da água líquida não são bem compreendidos; algumas teorias sugerem que seu comportamento incomum se deve à existência de 2 estados líquidos. [17] [43] [44] [45]

Sabor e odor

Água pura é geralmente descrita como insípida e inodora, embora os humanos tenham sensores específicos que podem sentir a presença de água em suas bocas, [46] e sapos são conhecidos por serem capazes de cheirá-la. [47] No entanto, a água de fontes comuns (incluindo água mineral engarrafada) geralmente tem muitas substâncias dissolvidas, que podem fornecer sabores e odores variados. Os humanos e outros animais desenvolveram sentidos que os permitem avaliar a potabilidade da água evitando água muito salgada ou pútrida . [48]

Cor e aparência

A água pura é visivelmente azul devido à absorção de luz na região ca. 600 nm - 800 nm. [49] A cor pode ser facilmente observada em um copo de água da torneira colocado contra um fundo branco puro, à luz do dia. As principais bandas de absorção responsáveis pela cor são harmónicos da O-H alongamento vibrações . A intensidade aparente da cor aumenta com a profundidade da coluna d'água, seguindo a lei de Beer . Isto também se aplica, por exemplo, a uma piscina quando a fonte de luz é a luz solar refletida nos ladrilhos brancos da piscina.

Na natureza, a cor também pode ser modificada de azul para verde devido à presença de sólidos em suspensão ou algas.

Na indústria, a espectroscopia de infravermelho próximo é usada com soluções aquosas, pois a maior intensidade dos sobretons mais baixos da água significa que cubetas de vidro com comprimento de caminho curto podem ser empregadas. Para observar o alongamento fundamental do espectro de absorção de água ou de uma solução aquosa na região em torno de 3500 cm −1 (2,85 μm) [50], um comprimento de caminho de cerca de 25 μm é necessário. Além disso, a cubeta deve ser transparente em torno de 3500 cm −1 e insolúvel em água; o fluoreto de cálcio é um material comumente usado em janelas de cubetas com soluções aquosas.

As vibrações fundamentais ativas de Raman podem ser observadas com, por exemplo, uma célula de amostra de 1 cm.

Plantas aquáticas , algas e outros organismos fotossintéticos podem viver na água até centenas de metros de profundidade, porque a luz solar pode alcançá-los. Praticamente nenhuma luz solar atinge as partes dos oceanos abaixo de 1.000 metros (3.300 pés) de profundidade.

O índice de refração da água líquida (1,333 a 20 ° C (68 ° F)) é muito maior do que o do ar (1,0), semelhante ao dos alcanos e do etanol , mas menor do que o do glicerol (1,473), do benzeno (1,501 ), dissulfeto de carbono (1,627) e tipos comuns de vidro (1,4 a 1,6). O índice de refração do gelo (1.31) é inferior ao da água líquida.

Molécula polar

Estrutura tetraédrica da água

Em uma molécula de água, os átomos de hidrogênio formam um ângulo de 104,5 ° com o átomo de oxigênio. Os átomos de hidrogênio estão próximos a dois cantos de um tetraedro centrado no oxigênio. Nos outros dois cantos estão pares solitários de elétrons de valência que não participam da ligação. Em um tetraedro perfeito, os átomos formariam um ângulo de 109,5 °, mas a repulsão entre os pares solitários é maior do que a repulsão entre os átomos de hidrogênio. [51] [52] O comprimento da ligação O – H é de cerca de 0,096 nm. [53]

Outras substâncias têm uma estrutura molecular tetraédrica, por exemplo, metano ( CH
4
) e sulfeto de hidrogênio ( H
2
S
). No entanto, o oxigênio é mais eletronegativo (retém seus elétrons com mais força) do que a maioria dos outros elementos, de modo que o átomo de oxigênio retém uma carga negativa enquanto os átomos de hidrogênio têm carga positiva. Junto com a estrutura curvada, isso dá à molécula um momento de dipolo elétrico e é classificada como uma molécula polar . [54]

A água é um bom solvente polar , que dissolve muitos sais e moléculas orgânicas hidrofílicas , como açúcares e álcoois simples, como o etanol . A água também dissolve muitos gases, como oxigênio e dióxido de carbono - o último dando a efervescência de bebidas carbonatadas , vinhos espumantes e cervejas. Além disso, muitas substâncias em organismos vivos, como proteínas , DNA e polissacarídeos , são dissolvidas em água. As interações entre a água e as subunidades dessas biomacromoléculas moldam o enovelamento de proteínas , o pareamento de bases de DNA, e outros fenômenos cruciais para a vida ( efeito hidrofóbico ).

Muitas substâncias orgânicas (como gorduras, óleos e alcanos ) são hidrofóbicas , ou seja, insolúveis em água. Muitas substâncias inorgânicas também são insolúveis, incluindo a maioria dos óxidos metálicos , sulfetos e silicatos .

Ligação de hidrogênio

Modelo de ligações de hidrogênio (1) entre moléculas de água

Por causa de sua polaridade, uma molécula de água no estado líquido ou sólido pode formar até quatro ligações de hidrogênio com moléculas vizinhas. As ligações de hidrogênio são cerca de dez vezes mais fortes que a força de Van der Waals que atrai as moléculas umas para as outras na maioria dos líquidos. Esta é a razão pela qual os pontos de fusão e ebulição da água são muito mais altos do que os de outros compostos análogos, como o sulfeto de hidrogênio. Eles também explicam sua capacidade de calor específico excepcionalmente alta (cerca de 4,2 J / g / K), calor de fusão (cerca de 333 J / g), calor de vaporização ( 2257 J / g ) e condutividade térmica(entre 0,561 e 0,679 W / m / K). Essas propriedades tornam a água mais eficaz na moderação do clima da Terra , armazenando calor e transportando-o entre os oceanos e a atmosfera. As ligações de hidrogênio da água são em torno de 23 kJ / mol (em comparação com uma ligação OH covalente a 492 kJ / mol). Destes, estima-se que 90% é atribuível à eletrostática, enquanto os 10% restantes são parcialmente covalentes. [55]

Essas ligações são a causa da alta tensão superficial da água [56] e das forças capilares. A ação capilar se refere à tendência da água de subir por um tubo estreito contra a força da gravidade . Esta propriedade é utilizada por todas as plantas vasculares , como árvores. [57]

Autoionização

A água é uma solução fraca de hidróxido de hidrônio - há um equilíbrio 2H
2
O
H
3
O+
+ OH-
, em combinação com solvatação dos íons hidrônio resultantes .

Condutividade elétrica e eletrólise

A água pura tem uma baixa condutividade elétrica , que aumenta com a dissolução de uma pequena quantidade de material iônico, como o sal comum .

A água líquida pode ser dividida nos elementos hidrogênio e oxigênio, passando uma corrente elétrica por ela - um processo chamado eletrólise . A decomposição requer mais energia do que o calor liberado pelo processo inverso (285,8 kJ / mol , ou 15,9 MJ / kg). [58]

Propriedades mecânicas

A água líquida pode ser considerada incompressível para a maioria dos propósitos: sua compressibilidade varia de 4,4 a 5,1 × 10 −10  Pa −1 em condições normais. [59] Mesmo em oceanos a 4 km de profundidade, onde a pressão é de 400 atm, a água sofre apenas uma diminuição de 1,8% no volume. [60]

A viscosidade da água é de cerca de 10 -3 Pa · s ou 0,01 poise a 20 ° C (68 ° F), e a velocidade do som em água líquida varia entre 1.400 e 1.540 metros por segundo (4.600 e 5.100 pés / s), dependendo na temperatura. O som viaja por longas distâncias na água com pouca atenuação, especialmente em baixas frequências (cerca de 0,03 dB / km para 1 k Hz ), uma propriedade que é explorada por cetáceos e humanos para comunicação e detecção de ambiente ( sonar ). [61]

Reatividade

Elementos metálicos mais eletropositivos que o hidrogênio, principalmente os metais alcalinos e alcalino-terrosos , como lítio , sódio , cálcio , potássio e césio, deslocam o hidrogênio da água, formando hidróxidos e liberando hidrogênio. Em altas temperaturas, o carbono reage com o vapor para formar monóxido de carbono e hidrogênio.

Na terra

Hidrologia é o estudo do movimento, distribuição e qualidade da água em toda a Terra. O estudo da distribuição da água é a hidrografia . O estudo da distribuição e movimento das águas subterrâneas é hidrogeologia , das geleiras é glaciologia , das águas interiores é limnologia e da distribuição dos oceanos é oceanografia . Os processos ecológicos com hidrologia estão no foco da ecohidrologia .

A massa coletiva de água encontrada sobre, sob e sobre a superfície de um planeta é chamada de hidrosfera . O volume aproximado de água da Terra (o suprimento total de água do mundo) é 1,386 × 10 9 quilômetros cúbicos (3,33 × 10 8 milhas cúbicas). [4]

A água líquida é encontrada em corpos d'água , como oceano, mar, lago, rio, córrego, canal , lagoa ou poça . A maior parte da água na Terra é água do mar . A água também está presente na atmosfera nos estados sólido, líquido e vapor. Também existe como lençol freático em aquíferos .

A água é importante em muitos processos geológicos. A água subterrânea está presente na maioria das rochas e a pressão dessa água subterrânea afeta os padrões de falha . A água no manto é responsável pelo derretimento que produz os vulcões nas zonas de subducção . Na superfície da Terra, a água é importante nos processos de intemperismo físico e químico . A água e, em menor escala, mas ainda assim significativa, o gelo, também são responsáveis ​​por uma grande quantidade de transporte de sedimentos que ocorre na superfície da terra. A deposição de sedimentos transportados forma muitos tipos de rochas sedimentares , que constituem oregistro geológico da história da Terra .

Ciclo da água

O ciclo de água (conhecido cientificamente como o ciclo da água) refere-se à permuta contínua da água dentro do hydrosphere , entre a atmosfera , do solo de água, água de superfície , águas subterrâneas , e plantas.

A água se move perpetuamente através de cada uma dessas regiões no ciclo da água, consistindo nos seguintes processos de transferência:

A maioria dos vapores de água encontrados principalmente no oceano retorna a ele, mas os ventos carregam o vapor de água sobre a terra na mesma taxa que o escoamento para o mar, cerca de 47  Tt por ano, enquanto a evaporação e a transpiração acontecendo em massas de terra também contribuem com outros 72 Tt por ano. A precipitação, a uma taxa de 119 Tt por ano sobre a terra, tem várias formas: mais comumente chuva, neve e granizo , com alguma contribuição de neblina e orvalho . [62] O orvalho são pequenas gotas de água que se condensam quando uma alta densidade de vapor de água encontra uma superfície fria. O orvalho geralmente se forma pela manhã, quando a temperatura está mais baixa, pouco antes do nascer do sol e quando a temperatura da superfície da Terra começa a aumentar. [63]A água condensada no ar também pode refratar a luz solar para produzir arco-íris .

O escoamento de água geralmente se acumula em bacias hidrográficas que desaguam em rios. Um modelo matemático usado para simular o fluxo de um rio ou riacho e calcular os parâmetros de qualidade da água é um modelo de transporte hidrológico . Parte da água é desviada para irrigação para agricultura. Rios e mares oferecem oportunidades para viagens e comércio. Por meio da erosão , o escoamento molda o ambiente, criando vales e deltas de riosque fornecem solo rico e terreno plano para o estabelecimento de centros populacionais. Uma inundação ocorre quando uma área de terra, geralmente baixa, é coberta por água, o que ocorre quando um rio transborda ou ocorre uma tempestade. Por outro lado, a seca é um período prolongado de meses ou anos em que uma região nota uma deficiência no abastecimento de água. Isso ocorre quando uma região recebe precipitação consistentemente abaixo da média, seja devido à sua topografia ou devido à sua localização em termos de latitude .

Recursos hídricos

A água ocorre tanto como "estoques" quanto como "fluxos". A água pode ser armazenada como lagos, vapor d'água, lençóis freáticos ou aquíferos, gelo e neve. Do volume total de água doce global, cerca de 69 por cento é armazenado em geleiras e cobertura de neve permanente; 30 por cento estão nas águas subterrâneas; e o 1% restante em lagos, rios, atmosfera e biota. [64]O tempo que a água permanece armazenada é altamente variável: alguns aqüíferos consistem em água armazenada ao longo de milhares de anos, mas os volumes dos lagos podem flutuar sazonalmente, diminuindo durante os períodos de seca e aumentando durante os úmidos. Uma fração substancial do abastecimento de água para algumas regiões consiste em água extraída da água armazenada em estoques e, quando as retiradas excedem a recarga, os estoques diminuem. Segundo algumas estimativas, até 30 por cento do total de água usada para irrigação vem de retiradas insustentáveis ​​de água subterrânea, causando o esgotamento da água subterrânea. [65]

Água do mar e marés

A água do mar contém cerca de 3,5% de cloreto de sódio em média, além de pequenas quantidades de outras substâncias. As propriedades físicas da água do mar diferem da água doce em alguns aspectos importantes. Ele congela a uma temperatura mais baixa (cerca de -1,9 ° C (28,6 ° F)) e sua densidade aumenta com a diminuição da temperatura até o ponto de congelamento, em vez de atingir a densidade máxima em uma temperatura acima do congelamento. A salinidade da água nos principais mares varia de cerca de 0,7% no Mar Báltico a 4,0% no Mar Vermelho . (O Mar Morto , conhecido por seus níveis ultra-altos de salinidade entre 30 e 40%, é na verdade um lago salgado .)

As marés são as subidas e descidas cíclicas do nível do mar local, causadas pelas forças das marés da Lua e do Sol atuando nos oceanos. As marés causam mudanças na profundidade dos corpos d'água marinhos e estuarinos e produzem correntes oscilantes conhecidas como correntes de maré. A mudança da maré produzida em um determinado local é o resultado das mudanças de posição da Lua e do Sol em relação à Terra, juntamente com os efeitos da rotação da Terra e da batimetria local . A faixa litorânea submersa na maré alta e exposta na maré baixa, a zona entremarés , é um importante produto ecológico das marés oceânicas.

Efeitos na vida

Visão geral da fotossíntese (verde) e respiração (vermelho)

Do ponto de vista biológico , a água tem muitas propriedades distintas que são críticas para a proliferação da vida. Ele cumpre essa função permitindo que compostos orgânicos reajam de maneiras que, em última análise, permitem a replicação . Todas as formas de vida conhecidas dependem da água. A água é vital como solvente no qual muitos dos solutos do corpo se dissolvem e como parte essencial de muitos processos metabólicos do corpo. Metabolismo é a soma total de anabolismo e catabolismo. No anabolismo, a água é removida das moléculas (por meio de energia que requer reações químicas enzimáticas) para fazer crescer moléculas maiores (por exemplo, amidos, triglicerídeos e proteínas para armazenamento de combustíveis e informações). No catabolismo, a água é usada para quebrar ligações a fim de gerar moléculas menores (por exemplo, glicose, ácidos graxos e aminoácidos a serem usados ​​como combustíveis para uso de energia ou outros fins). Sem água, esses processos metabólicos específicos não poderiam existir.

A água é fundamental para a fotossíntese e a respiração. As células fotossintéticas usam a energia do sol para separar o hidrogênio da água do oxigênio. [66] O hidrogênio é combinado com o CO 2 (absorvido do ar ou da água) para formar glicose e liberar oxigênio. [ carece de fontes? ] Todas as células vivas usam esses combustíveis e oxidam o hidrogênio e o carbono para capturar a energia do sol e reformar a água e o CO 2 no processo (respiração celular).

A água também é fundamental para a neutralidade ácido-base e a função enzimática. Um ácido, um doador de íons de hidrogênio (H + , isto é, um próton), pode ser neutralizado por uma base, um aceitador de prótons, como um íon hidróxido (OH - ) para formar água. A água é considerada neutra, com um pH (log negativo da concentração de íons de hidrogênio) de 7. Os ácidos têm valores de pH menores que 7, enquanto as bases têm valores maiores que 7.

Formas de vida aquáticas

As águas da superfície da Terra estão cheias de vida. As primeiras formas de vida apareceram na água; quase todos os peixes vivem exclusivamente na água e existem muitos tipos de mamíferos marinhos, como golfinhos e baleias. Alguns tipos de animais, como anfíbios , passam parte de suas vidas na água e partes na terra. Plantas como algas e algas crescem na água e são a base de alguns ecossistemas subaquáticos. O plâncton é geralmente a base da cadeia alimentar dos oceanos .

Os vertebrados aquáticos precisam obter oxigênio para sobreviver, e o fazem de várias maneiras. Os peixes têm guelras em vez de pulmões , embora algumas espécies de peixes, como o peixe pulmonado , tenham ambos. Mamíferos marinhos , como golfinhos, baleias, lontras e focas, precisam emergir periodicamente para respirar. Alguns anfíbios conseguem absorver oxigênio pela pele. Os invertebrados exibem uma ampla gama de modificações para sobreviver em águas mal oxigenadas, incluindo tubos de respiração (ver insetos e sifões de moluscos ) e guelras ( Carcinus) No entanto, como a vida dos invertebrados evoluiu em um habitat aquático, a maioria tem pouca ou nenhuma especialização para a respiração na água.

Efeitos na civilização humana

Fonte de água

A civilização floresceu historicamente em torno de rios e grandes cursos de água; A Mesopotâmia , o chamado berço da civilização, estava situada entre os principais rios Tigre e Eufrates ; a antiga sociedade dos egípcios dependia inteiramente do Nilo . A civilização primitiva do Vale do Indo (c. 3300 aC a 1300 aC) desenvolveu-se ao longo do rio Indo e dos afluentes que fluíam do Himalaia . Roma também foi fundada às margens do rio italiano Tibre . Grandes metrópoles como Rotterdam , Londres , Montreal, Paris , Nova York , Buenos Aires , Xangai , Tóquio , Chicago e Hong Kong devem seu sucesso em parte à sua fácil acessibilidade através da água e a expansão resultante do comércio. Ilhas com portos de água seguros, como Cingapura , floresceram pelo mesmo motivo. Em lugares como o Norte da África e o Oriente Médio, onde a água é mais escassa, o acesso à água potável foi e é um fator importante no desenvolvimento humano.

Saúde e poluição

Um programa de ciências ambientais - um aluno da Iowa State University amostrando água

A água própria para consumo humano denomina-se água potável ou água potável. A água que não é potável pode ser tornada potável por filtração ou destilação , ou por uma série de outros métodos . Mais de 660 milhões de pessoas não têm acesso a água potável. [67] [68]

A água que não é própria para beber, mas que não é prejudicial aos humanos quando usada para nadar ou tomar banho, tem vários nomes diferentes de água potável ou potável, e às vezes é chamada de água potável ou "segura para o banho". O cloro é um irritante da pele e das mucosas usado para tornar a água segura para o banho ou para beber. Seu uso é altamente técnico e geralmente é monitorado por regulamentações governamentais (normalmente 1 parte por milhão (ppm) para água potável e 1–2 ppm de cloro que ainda não reagiu com impurezas para águas balneares). A água do banho pode ser mantida em condições microbiológicas satisfatórias usando desinfetantes químicos como cloro ou ozônio ou pelo uso de luz ultravioleta .

A recuperação de água é o processo de conversão de águas residuais (mais comumente esgotos , também chamados de águas residuais municipais) em água que pode ser reutilizada para outros fins.

A água doce é um recurso renovável, recirculado pelo ciclo hidrológico natural , mas as pressões sobre o acesso a ela resultam da distribuição naturalmente desigual no espaço e no tempo, as crescentes demandas econômicas da agricultura e da indústria e o aumento das populações. Atualmente, quase um bilhão de pessoas em todo o mundo não têm acesso a água potável e acessível. Em 2000, as Nações Unidas estabeleceram os Objetivos de Desenvolvimento do Milênio para a água reduzir pela metade até 2015 a proporção de pessoas em todo o mundo sem acesso a água potável e saneamento . O progresso em direção a essa meta foi irregular e, em 2015, a ONU se comprometeu com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentávelde alcançar o acesso universal à água e ao saneamento seguros e baratos até 2030. A má qualidade da água e o saneamento são fatais; cerca de cinco milhões de mortes por ano são causadas por doenças relacionadas com a água. A Organização Mundial da Saúde estima que a água potável poderia prevenir 1,4 milhão de mortes de crianças por diarreia a cada ano. [69]

Nos países em desenvolvimento, 90% de todas as águas residuais municipais ainda vão sem tratamento para os rios e riachos locais. [70] Cerca de 50 países, com cerca de um terço da população mundial, também sofrem de escassez média ou alta de água e 17 deles extraem mais água anualmente do que é recarregada através de seus ciclos naturais de água. [71] A tensão não afeta apenas os corpos d'água doces superficiais, como rios e lagos, mas também degrada os recursos hídricos subterrâneos.

Usos humanos

Retirada total de água para fins agrícolas, industriais e municipais per capita, medida em metros cúbicos (m³) por ano em 2010 [72]

Agricultura

O uso humano mais substancial da água é para a agricultura, incluindo a agricultura irrigada, que responde por 80 a 90 por cento do consumo humano total de água. [73] Nos Estados Unidos, 42% da água doce retirada para uso é para irrigação, mas a grande maioria da água "consumida" (usada e não devolvida ao meio ambiente) vai para a agricultura. [74]

O acesso à água potável é frequentemente considerado um dado adquirido, especialmente em países desenvolvidos que construíram sistemas sofisticados de água para coletar, purificar e distribuir água e remover águas residuais. Mas as crescentes pressões econômicas, demográficas e climáticas estão aumentando as preocupações sobre as questões hídricas, levando a uma competição cada vez maior por recursos hídricos fixos, dando origem ao conceito de pico de água . [75] À medida que as populações e economias continuam a crescer, o consumo de carne sedenta por água se expande e novas demandas por biocombustíveis ou novas indústrias de uso intensivo de água aumentam, novos desafios hídricos são prováveis. [76]

Uma avaliação da gestão da água na agricultura foi realizada em 2007 pelo Instituto Internacional de Gestão da Água no Sri Lanka para ver se o mundo tinha água suficiente para fornecer alimentos para sua crescente população. [77] Ele avaliou a disponibilidade atual de água para a agricultura em uma escala global e mapeou os locais que sofrem com a escassez de água. Ele descobriu que um quinto da população mundial, mais de 1,2 bilhão, vive em áreas de escassez física de água , onde não há água suficiente para atender a todas as demandas. Outros 1,6 bilhão de pessoas vivem em áreas com escassez econômica de água, onde a falta de investimento em água ou capacidade humana insuficiente torna impossível para as autoridades satisfazer a demanda por água. O relatório concluiu que seria possível produzir os alimentos necessários no futuro, mas que a continuação da atual produção de alimentos e das tendências ambientais levariam a crises em muitas partes do mundo. Para evitar uma crise global de água, os agricultores terão que se esforçar para aumentar a produtividade para atender à crescente demanda por alimentos, enquanto as indústrias e as cidades encontram maneiras de usar a água com mais eficiência. [78]

A escassez de água também é causada pela produção de produtos com uso intensivo de água. Por exemplo, algodão : 1 kg de algodão - equivalente a um par de jeans - requer 10,9 metros cúbicos (380 pés cúbicos) de água para produzir. Embora o algodão seja responsável por 2,4% do uso mundial de água, a água é consumida em regiões que já correm o risco de escassez de água. Danos ambientais significativos foram causados: por exemplo, o desvio de água pela ex- União Soviética dos rios Amu Darya e Syr Darya para produzir algodão foi o grande responsável pelo desaparecimento do Mar de Aral . [79]

Como um padrão científico

Em 7 de abril de 1795, o grama foi definido na França como sendo igual ao "peso absoluto de um volume de água pura igual a um cubo de um centésimo de metro, e à temperatura de derretimento do gelo". [80] Para fins práticos, porém, um padrão de referência metálico era necessário, mil vezes mais massivo, o quilograma. O trabalho foi, portanto, encomendado para determinar com precisão a massa de um litro de água. Apesar do fato de que a definição decretada do grama especificava água a 0 ° C (32 ° F) - uma temperatura altamente reproduzível - os cientistas optaram por redefinir o padrão e realizar suas medições na temperatura de maior densidade de água , que foi medido na altura como 4 ° C (39 ° F). [81]

A escala de temperatura Kelvin do sistema SI foi baseada no ponto triplo da água, definido como exatamente 273,16 K (0,01 ° C; 32,02 ° F), mas em maio de 2019 é baseado na constante de Boltzmann . A escala é uma escala de temperatura absoluta com o mesmo incremento da escala de temperatura Celsius, que foi originalmente definida de acordo com o ponto de ebulição (definido para 100 ° C (212 ° F)) e ponto de fusão (definido para 0 ° C (32 ° F)) de água.

A água natural consiste principalmente nos isótopos hidrogênio-1 e oxigênio-16, mas também há uma pequena quantidade de isótopos mais pesados, oxigênio-18, oxigênio-17 e hidrogênio-2 ( deutério ). A porcentagem dos isótopos mais pesados ​​é muito pequena, mas ainda afeta as propriedades da água. A água de rios e lagos tende a conter menos isótopos pesados ​​do que a água do mar. Portanto, a água padrão é definida na especificação da Água média oceânica padrão de Viena .

Para beber

Uma jovem bebendo água engarrafada
Disponibilidade de água: a fração da população que usa fontes de água melhoradas por país
Saída de água doce à beira da estrada da geleira, Nubra

O corpo humano contém de 55% a 78% de água, dependendo do tamanho do corpo. [82] Para funcionar corretamente, o corpo requer entre um e sete litros (0,22 e 1,54 imp gal; 0,26 e 1,85 US gal) [ carece de fontes? ] De água por dia para evitar a desidratação ; a quantidade exata depende do nível de atividade, temperatura, umidade e outros fatores. A maior parte é ingerida por meio de alimentos ou bebidas, exceto água potável. Não está claro a quantidade de água necessária para pessoas saudáveis, embora a British Dietetic Association aconselhe que 2,5 litros de água total por dia é o mínimo para manter a hidratação adequada, incluindo 1,8 litros (6 a 7 copos) obtidos diretamente de bebidas. [83]A literatura médica favorece um consumo menor, normalmente 1 litro de água para um homem médio, excluindo as necessidades extras devido à perda de fluidos do exercício ou clima quente. [84]

Rins saudáveis ​​podem excretar 0,8 a 1 litro de água por hora, mas o estresse, como o exercício, pode reduzir essa quantidade. As pessoas podem beber muito mais água do que o necessário durante o exercício, colocando-as em risco de intoxicação por água (hiperidratação), que pode ser fatal. [85] [86] A afirmação popular de que "uma pessoa deve consumir oito copos de água por dia" parece não ter base real na ciência. [87] Estudos demonstraram que a ingestão extra de água, especialmente até 500 mililitros (18 fl oz; 17 fl oz) na hora das refeições, estava associada à perda de peso. [88] [89] [90] [91] [92] [93] A ingestão adequada de líquidos é útil na prevenção da constipação. [94]

Símbolo de perigo para água não potável

Uma recomendação original para ingestão de água em 1945 pelo Conselho de Alimentos e Nutrição do Conselho de Pesquisa Nacional dos Estados Unidos dizia: "Um padrão comum para pessoas diversas é 1 mililitro para cada caloria de alimento. A maior parte dessa quantidade está contida em alimentos preparados." [95] O último relatório de ingestão de referência dietética pelo Conselho de Pesquisa Nacional dos Estados Unidos em geral recomendado, com base na ingestão média total de água de dados de pesquisa dos EUA (incluindo fontes de alimentos): 3,7 litros (0,81 imp gal; 0,98 US gal) para homens e 2,7 litros (0,59 imp gal; 0,71 US gal) de água total para as mulheres, observando que a água contida nos alimentos forneceu aproximadamente 19% da ingestão total de água na pesquisa. [96]

Especificamente, mulheres grávidas e lactantes precisam de líquidos adicionais para se manterem hidratadas. O Institute of Medicine (US) recomenda que, em média, os homens consumam 3 litros (0,66 imp gal; 0,79 US gal) e as mulheres 2,2 litros (0,48 imp gal; 0,58 US gal); as mulheres grávidas devem aumentar a ingestão para 2,4 litros (0,53 imp gal; 0,63 US gal) e as mulheres que amamentam devem ingerir 3 litros (12 xícaras), uma vez que uma grande quantidade de líquido é perdida durante a amamentação. [97] Também observado é que normalmente, cerca de 20% da ingestão de água vem dos alimentos, enquanto o resto vem da água potável e bebidas ( incluindo cafeína ). A água é excretada do corpo em várias formas; através da urina e fezes, pela transpiração e pela exalação do vapor de água na respiração. Com o esforço físico e a exposição ao calor, a perda de água aumentará e as necessidades diárias de líquidos também podem aumentar.

Os humanos precisam de água com poucas impurezas. As impurezas comuns incluem sais e óxidos de metal, incluindo cobre, ferro, cálcio e chumbo, [98] e / ou bactérias nocivas, como Vibrio . Alguns solutos são aceitáveis ​​e até desejáveis ​​para realçar o sabor e fornecer os eletrólitos necessários . [99]

O maior recurso de água doce (em volume) adequado para beber é o Lago Baikal, na Sibéria. [100]

Lavando

A propensão da água para formar soluções e emulsões é útil em vários processos de lavagem . A lavagem também é um componente importante de vários aspectos da higiene corporal pessoal . A maior parte do uso pessoal da água se deve ao banho , lavagem de roupa e louça , chegando a centenas de litros por dia por pessoa nos países desenvolvidos.

Transporte

O uso de água para transporte de materiais por rios e canais, bem como rotas marítimas internacionais, é uma parte importante da economia mundial.

Usos químicos

A água é amplamente utilizada em reações químicas como solvente ou reagente e menos comumente como soluto ou catalisador . Em reações inorgânicas, a água é um solvente comum, dissolvendo muitos compostos iônicos, bem como outros compostos polares, como amônia e compostos intimamente relacionados à água . Em reações orgânicas, geralmente não é usado como solvente de reação, porque não dissolve bem os reagentes e é anfotérico (ácido e básico) e nucleofílico . No entanto, essas propriedades às vezes são desejáveis. Além disso, foi observada aceleração das reações de Diels-Alder pela água.Água supercrítica tem sido recentemente um tópico de pesquisa. Água supercrítica saturada de oxigênio queima poluentes orgânicos de forma eficiente. O vapor de água é usado para alguns processos na indústria química. Um exemplo é a produção de ácido acrílico a partir de acroleína, propileno e propano. [101] [102] [103] [104] O possível efeito da água nessas reações inclui a interação física e química da água com o catalisador e a reação química da água com os intermediários da reação.

Troca de calor

Água e vapor são um fluido comum utilizado para troca de calor , devido à sua disponibilidade e alta capacidade calorífica , tanto para resfriamento quanto para aquecimento. A água fria pode até estar naturalmente disponível em um lago ou no mar. É especialmente eficaz para transportar calor por meio da vaporização e condensação da água por causa de seu grande calor latente de vaporização . Uma desvantagem é que metais comumente encontrados em indústrias como aço e cobre são oxidados mais rapidamente por água não tratada e vapor. Em quase todas as usinas térmicas, a água é usada como o fluido de trabalho (usado em um circuito fechado entre a caldeira, a turbina a vapor e o condensador) e o refrigerante (usado para trocar o calor residual para um corpo de água ou transportá-lo por evaporação em uma torre de resfriamento ) . Nos Estados Unidos, as usinas de refrigeração são o maior uso de água. [105]

Na indústria de energia nuclear , a água também pode ser usada como moderador de nêutrons . Na maioria dos reatores nucleares , a água é tanto um refrigerante quanto um moderador. Isso fornece uma espécie de medida de segurança passiva, pois remover a água do reator também retarda a reação nuclear . No entanto, outros métodos são preferidos para interromper uma reação e é preferível manter o núcleo nuclear coberto com água para garantir o resfriamento adequado.

Considerações de fogo

A água é usada para combater incêndios florestais .

A água tem um alto calor de vaporização e é relativamente inerte, o que a torna um bom fluido de extinção de incêndio . A evaporação da água retira o calor do fogo. É perigoso usar água em incêndios que envolvem óleos e solventes orgânicos porque muitos materiais orgânicos flutuam na água e a água tende a espalhar o líquido em chamas.

O uso de água no combate a incêndios também deve levar em consideração os riscos de uma explosão de vapor , que pode ocorrer quando a água é usada em incêndios muito quentes em espaços confinados, e de uma explosão de hidrogênio, quando as substâncias que reagem com a água, como certos metais ou carbono quente, como carvão, carvão vegetal ou grafite de coque , decompõe a água, produzindo gás de água .

O poder de tais explosões foi visto no desastre de Chernobyl , embora a água envolvida não viesse do combate a incêndios do próprio sistema de refrigeração de água do reator. Uma explosão de vapor ocorreu quando o superaquecimento do núcleo fez com que a água se transformasse em vapor. Uma explosão de hidrogênio pode ter ocorrido como resultado de uma reação entre o vapor e o zircônio quente .

Alguns óxidos metálicos, principalmente os de metais alcalinos e alcalino-terrosos , produzem tanto calor na reação com a água que pode se desenvolver um risco de incêndio. A cal viva de óxido alcalino-terroso é uma substância produzida em massa que costuma ser transportada em sacos de papel. Se forem encharcados, eles podem pegar fogo quando seu conteúdo reage com a água. [106]

Lazer

Os humanos usam a água para muitos fins recreativos, assim como para se exercitar e praticar esportes. Algumas delas incluem natação, esqui aquático , canoagem , surf e mergulho . Além disso, alguns esportes, como hóquei no gelo e patinação no gelo , são praticados no gelo. Margens de lagos, praias e parques aquáticos são locais populares para as pessoas relaxarem e se divertirem. Muitos acham o som e a aparência da água corrente calmantes, e as fontes e outras fontes de água são decorações populares. Alguns mantêm peixes e outra flora e fauna dentro de aquários ou lagoas para se divertir, se divertir e companhia. Os humanos também usam água para esportes de neve, como esqui, trenó , snowmobiling ou snowboard , que requerem que a água esteja congelada.

Indústria de água

A indústria de água fornece água potável e serviços de esgoto (incluindo tratamento de esgoto ) para residências e indústrias. As instalações de abastecimento de água incluem poços de água , cisternas para coleta de água da chuva , redes de abastecimento de água e instalações de purificação de água , tanques de água , torres de água , tubulações de água , incluindo aquedutos antigos . Geradores de água atmosférica estão em desenvolvimento.

A água potável geralmente é coletada em nascentes , extraída de sondagens artificiais (poços) no solo ou bombeada de lagos e rios. Construir mais poços em locais adequados é, portanto, uma forma possível de produzir mais água, desde que os aqüíferos possam fornecer uma vazão adequada. Outras fontes de água incluem a coleta de água da chuva. A água pode exigir purificação para consumo humano. Isso pode envolver a remoção de substâncias não dissolvidas, substâncias dissolvidas e micróbios nocivos . Os métodos populares são a filtragem com areia, que remove apenas o material não dissolvido, enquanto a cloração e a fervura matam os micróbios nocivos. Destilaçãoexecuta todas as três funções. Existem técnicas mais avançadas, como osmose reversa . A dessalinização da água do mar abundante é uma solução mais cara usada em climas áridos costeiros .

A distribuição de água potável é feita através de sistemas municipais de água , entrega em cisterna ou como água engarrafada . Os governos de muitos países têm programas de distribuição gratuita de água aos necessitados.

Reduzir o uso usando água potável (potável) apenas para consumo humano é outra opção. Em algumas cidades, como Hong Kong, a água do mar é amplamente utilizada na descarga de vasos sanitários em toda a cidade, a fim de conservar os recursos de água doce .

Água poluente pode ser o maior uso indevido de água; na medida em que um poluente limita outros usos da água, torna-se um desperdício do recurso, independentemente dos benefícios para o poluidor. Como outros tipos de poluição, ela não entra na contabilidade padrão dos custos de mercado, sendo concebida como externalidades que o mercado não pode contabilizar. Assim, outras pessoas pagam o preço da poluição da água, enquanto os lucros das empresas privadas não são redistribuídos à população local, vítima dessa poluição. Os fármacos consumidos por humanos muitas vezes acabam nos cursos de água e podem ter efeitos prejudiciais na vida aquática se bioacumular e se não forem biodegradáveis .

As águas residuais municipais e industriais são normalmente tratadas em estações de tratamento de águas residuais . A mitigação do escoamento superficial poluído é abordada por meio de uma variedade de técnicas de prevenção e tratamento. ( Consulte Escoamento superficial # Mitigação e tratamento .)

Aplicações industriais

Muitos processos industriais dependem de reações usando produtos químicos dissolvidos em água, suspensão de sólidos em lamas de água ou usando água para dissolver e extrair substâncias, ou para lavar produtos ou equipamentos de processo. Processos como mineração , polpação química , branqueamento de polpa , fabricação de papel , produção têxtil, tingimento, impressão e resfriamento de usinas de energia usam grandes quantidades de água, exigindo uma fonte dedicada de água e muitas vezes causam poluição significativa da água.

A água é usada na geração de energia . Hidroeletricidade é a eletricidade obtida a partir da energia hidrelétrica . A energia hidrelétrica vem da água que aciona uma turbina hidráulica conectada a um gerador. A hidroeletricidade é uma fonte de energia renovável de baixo custo e não poluente. A energia é fornecida pelo movimento da água. Normalmente, uma barragem é construída em um rio, criando um lago artificial atrás dela. A água que flui do lago é forçada através de turbinas que giram os geradores.

Água pressurizada é usada em jateamento e cortadores de jato de água . Além disso, pistolas de água de alta pressão são usadas para cortes precisos. Funciona muito bem, é relativamente seguro e não é prejudicial ao meio ambiente. Ele também é usado no resfriamento de máquinas para evitar o superaquecimento ou evitar o superaquecimento das lâminas de serra.

A água também é utilizada em diversos processos e máquinas industriais, como turbina a vapor e trocador de calor , além de ser utilizada como solvente químico . A descarga de água não tratada de usos industriais é poluição . A poluição inclui solutos descarregados (poluição química) e água refrigerante descarregada ( poluição térmica ). A indústria requer água pura para muitas aplicações e utiliza uma variedade de técnicas de purificação tanto no abastecimento quanto na descarga de água.

Processamento de comida

A água pode ser usada para cozinhar alimentos como macarrão
Água esterilizada para injeção

Ferver , cozinhar no vapor e cozinhar em fogo brando são métodos de cozimento populares que geralmente requerem a imersão dos alimentos em água ou em seu estado gasoso, vapor. [107] A água também é usada para lavar louça . A água também desempenha muitos papéis críticos no campo da ciência alimentar .

Solutos como sais e açúcares encontrados na água afetam as propriedades físicas da água. Os pontos de ebulição e congelamento da água são afetados por solutos, bem como a pressão do ar , que por sua vez é afetada pela altitude. A água ferve em temperaturas mais baixas com a pressão de ar mais baixa que ocorre em altitudes mais elevadas. Um mole de sacarose (açúcar) por quilograma de água aumenta o ponto de ebulição da água em 0,51 ° C (0,918 ° F), e um mole de sal por kg aumenta o ponto de ebulição em 1,02 ° C (1,836 ° F); da mesma forma, aumentar o número de partículas dissolvidas diminui o ponto de congelamento da água. [108]

Os solutos na água também afetam a atividade da água, que afeta muitas reações químicas e o crescimento de micróbios nos alimentos. [109] A atividade da água pode ser descrita como uma razão entre a pressão de vapor da água em uma solução e a pressão de vapor da água pura. [108] Solutos na água reduzem a atividade de água - isso é importante saber porque a maior parte do crescimento bacteriano cessa em níveis baixos de atividade de água. [109] O crescimento microbiano não afeta apenas a segurança dos alimentos, mas também a preservação e a vida útil dos alimentos.

A dureza da água também é um fator crítico no processamento de alimentos e pode ser alterada ou tratada usando um sistema químico de troca iônica. Pode afetar drasticamente a qualidade de um produto, além de desempenhar um papel importante no saneamento. A dureza da água é classificada com base na concentração de carbonato de cálcio que a água contém. A água é classificada como macia se contiver menos de 100 mg / l (Reino Unido) [110] ou menos de 60 mg / l (EUA). [111]

De acordo com um relatório publicado pela organização Water Footprint em 2010, um único quilograma de carne bovina requer 15 mil litros (3,3 × 10 3  imp gal; 4,0 × 10 3  US gal) de água; entretanto, os autores também deixam claro que esta é uma média global e fatores circunstanciais determinam a quantidade de água utilizada na produção de carne bovina. [112]^^

Uso médico

A água para injetáveis ​​está na lista de medicamentos essenciais da Organização Mundial de Saúde . [113]

Distribuição na natureza

No universo

O receptor ALMA Band 5 é um instrumento projetado especificamente para detectar água no universo. [114]

Grande parte da água do universo é produzida como um subproduto da formação de estrelas . A formação de estrelas é acompanhada por um forte vento externo de gás e poeira. Quando esse fluxo de material eventualmente atinge o gás circundante, as ondas de choque criadas comprimem e aquecem o gás. A água observada é rapidamente produzida neste gás quente e denso. [115]

Em 22 de julho de 2011, um relatório descreveu a descoberta de uma nuvem gigantesca de vapor d'água contendo "140 trilhões de vezes mais água do que todos os oceanos da Terra combinados" em torno de um quasar localizado a 12 bilhões de anos-luz da Terra. Segundo os pesquisadores, a "descoberta mostra que a água prevaleceu no universo por quase toda a sua existência". [116] [117]

Água foi detectada em nuvens interestelares dentro de nossa galáxia , a Via Láctea . [118] Provavelmente, a água também existe em abundância em outras galáxias, porque seus componentes, hidrogênio e oxigênio, estão entre os elementos mais abundantes no universo. Com base em modelos de formação e evolução do Sistema Solar e de outros sistemas estelares, a maioria dos outros sistemas planetários provavelmente terá ingredientes semelhantes.

Vapor de água

A água está presente como vapor em:

Água líquida

A água líquida está presente na Terra, cobrindo 71% de sua superfície. [3] Água líquida também está ocasionalmente presente em pequenas quantidades em Marte . [139] Os cientistas acreditam que a água líquida está presente nas luas de Saturno de Enceladus , como um oceano de 10 quilômetros de espessura aproximadamente 30-40 quilômetros abaixo da superfície polar sul de Enceladus, [140] [141] e Titã , como uma camada subsuperficial, possivelmente misturado com amônia . [142] A lua de Júpiter, Europa, tem características superficiais que sugerem um oceano de água líquida subterrânea. [143] Água líquida também pode existir na lua de Júpiter, Ganimedescomo uma camada imprensada entre gelo de alta pressão e rocha. [144]

Agua gelada

A água está presente como gelo em:

Calota polar sul de Marte durante o verão marciano de 2000

E também provavelmente está presente em:

Formas exóticas

Água e outros voláteis provavelmente compreendem grande parte das estruturas internas de Urano e Netuno e a água nas camadas mais profundas pode estar na forma de água iônica na qual as moléculas se quebram em uma sopa de íons de hidrogênio e oxigênio, e mais profundamente ainda como superiônicas água na qual o oxigênio se cristaliza, mas os íons de hidrogênio flutuam livremente dentro da rede de oxigênio. [163]

Água e habitabilidade planetária

A existência de água líquida e, em menor grau, de suas formas gasosa e sólida, na Terra são vitais para a existência da vida na Terra como a conhecemos. A Terra está localizado na zona habitável do sistema solar ; se estivesse um pouco mais perto ou mais longe do Sol (cerca de 5%, ou cerca de 8 milhões de quilômetros), as condições que permitem que as três formas estejam presentes simultaneamente seriam muito menos prováveis ​​de existir. [164] [165]

A gravidade da Terra permite que ela mantenha uma atmosfera . O vapor de água e o dióxido de carbono na atmosfera fornecem um buffer de temperatura ( efeito estufa ) que ajuda a manter uma temperatura de superfície relativamente estável. Se a Terra fosse menor, uma atmosfera mais fina permitiria temperaturas extremas, evitando assim o acúmulo de água, exceto nas calotas polares (como em Marte ). [ citação necessária ]

A temperatura da superfície da Terra tem sido relativamente constante ao longo do tempo geológico, apesar dos níveis variáveis ​​de radiação solar incidente ( insolação ), indicando que um processo dinâmico governa a temperatura da Terra por meio de uma combinação de gases de efeito estufa e albedo superficial ou atmosférico . Essa proposta é conhecida como hipótese Gaia . [ citação necessária ]

The state of water on a planet depends on ambient pressure, which is determined by the planet's gravity. If a planet is sufficiently massive, the water on it may be solid even at high temperatures, because of the high pressure caused by gravity, as it was observed on exoplanets Gliese 436 b[166] and GJ 1214 b.[167]

Law, politics, and crisis

An estimate of the proportion of people in developing countries with access to potable water 1970–2000

Water politics is politics affected by water and water resources. For this reason, water is a strategic resource in the globe and an important element in many political conflicts. It causes health impacts and damage to biodiversity.

Access to safe drinking water has improved over the last decades in almost every part of the world, but approximately one billion people still lack access to safe water and over 2.5 billion lack access to adequate sanitation.[168] However, some observers have estimated that by 2025 more than half of the world population will be facing water-based vulnerability.[169] A report, issued in November 2009, suggests that by 2030, in some developing regions of the world, water demand will exceed supply by 50%.[170]

1.6 billion people have gained access to a safe water source since 1990.[171] The proportion of people in developing countries with access to safe water is calculated to have improved from 30% in 1970[172] to 71% in 1990, 79% in 2000 and 84% in 2004.[168]

A 2006 United Nations report stated that "there is enough water for everyone", but that access to it is hampered by mismanagement and corruption.[173] In addition, global initiatives to improve the efficiency of aid delivery, such as the Paris Declaration on Aid Effectiveness, have not been taken up by water sector donors as effectively as they have in education and health, potentially leaving multiple donors working on overlapping projects and recipient governments without empowerment to act.[174]

The authors of the 2007 Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture cited poor governance as one reason for some forms of water scarcity. Water governance is the set of formal and informal processes through which decisions related to water management are made. Good water governance is primarily about knowing what processes work best in a particular physical and socioeconomic context. Mistakes have sometimes been made by trying to apply 'blueprints' that work in the developed world to developing world locations and contexts. The Mekong river is one example; a review by the International Water Management Institute of policies in six countries that rely on the Mekong river for water found that thorough and transparent cost-benefit analyses and environmental impact assessments were rarely undertaken. They also discovered that Cambodia's draft water law was much more complex than it needed to be.[175]

The UN World Water Development Report (WWDR, 2003) from the World Water Assessment Program indicates that, in the next 20 years, the quantity of water available to everyone is predicted to decrease by 30%. 40% of the world's inhabitants currently have insufficient fresh water for minimal hygiene. More than 2.2 million people died in 2000 from waterborne diseases (related to the consumption of contaminated water) or drought. In 2004, the UK charity WaterAid reported that a child dies every 15 seconds from easily preventable water-related diseases; often this means lack of sewage disposal.[citation needed]

Organizations concerned with water protection include the International Water Association (IWA), WaterAid, Water 1st, and the American Water Resources Association. The International Water Management Institute undertakes projects with the aim of using effective water management to reduce poverty. Water related conventions are United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD), International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, United Nations Convention on the Law of the Sea and Ramsar Convention. World Day for Water takes place on 22 March[176] and World Oceans Day on 8 June.[177]

In culture

Religion

People come to Inda Abba Hadera spring (Inda Sillasie, Ethiopia) to wash in holy water

Water is considered a purifier in most religions. Faiths that incorporate ritual washing (ablution) include Christianity, Hinduism, Islam, Judaism, the Rastafari movement, Shinto, Taoism, and Wicca. Immersion (or aspersion or affusion) of a person in water is a central sacrament of Christianity (where it is called baptism); it is also a part of the practice of other religions, including Islam (Ghusl), Judaism (mikvah) and Sikhism (Amrit Sanskar). In addition, a ritual bath in pure water is performed for the dead in many religions including Islam and Judaism. In Islam, the five daily prayers can be done in most cases after washing certain parts of the body using clean water (wudu), unless water is unavailable (see Tayammum). In Shinto, water is used in almost all rituals to cleanse a person or an area (e.g., in the ritual of misogi).

In Christianity, holy water is water that has been sanctified by a priest for the purpose of baptism, the blessing of persons, places, and objects, or as a means of repelling evil.[178][179]

In Zoroastrianism, water (āb) is respected as the source of life.[180]

Philosophy

The Ancient Greek philosopher Empedocles saw water as one of the four classical elements (along with fire, earth, and air), and regarded it as an ylem, or basic substance of the universe. Thales, whom Aristotle portrayed as an astronomer and an engineer, theorized that the earth, which is denser than water, emerged from the water. Thales, a monist, believed further that all things are made from water. Plato believed that the shape of water is an icosahedron - thus explaining why it flows easily compared to the cube-shaped earth.[181]

The theory of the four bodily humors associated water with phlegm, as being cold and moist. The classical element of water was also one of the five elements in traditional Chinese philosophy (along with earth, fire, wood, and metal).

Some traditional and popular Asian philosophical systems take water as a role-model. James Legge's 1891 translation of the Dao De Jing states, "The highest excellence is like (that of) water. The excellence of water appears in its benefiting all things, and in its occupying, without striving (to the contrary), the low place which all men dislike. Hence (its way) is near to (that of) the Tao" and "There is nothing in the world more soft and weak than water, and yet for attacking things that are firm and strong there is nothing that can take precedence of it—for there is nothing (so effectual) for which it can be changed."[182] Guanzi in the "Shui di" 水地 chapter further elaborates on the symbolism of water, proclaiming that "man is water" and attributing natural qualities of the people of different Chinese regions to the character of local water resources.[183]

Folklore

"Living water" features in Germanic and Slavic folktales as a means of bringing the dead back to life. Note the Grimm fairy-tale ("The Water of Life") and the Russian dichotomy of living [ru] and dead water dead water [ru]). The Fountain of Youth represents a related concept of magical waters allegedly preventing aging.

Art and activism

Painter and activist Fredericka Foster curated The Value of Water, at the Cathedral of St. John the Divine in New York City,[184] which anchored a year long initiative by the Cathedral on our dependence on water.[185][186] The largest exhibition to ever appear at the Cathedral,[187] it featured over forty artists, including Jenny Holzer, Robert Longo, Mark Rothko, William Kentridge, April Gornik, Kiki Smith, Pat Steir, William Kentridge, Alice Dalton Brown, Teresita Fernandez and Bill Viola.[188][189] Foster created Think About Water, an ecological collective of artists who use water as their subject or medium. Members include Basia Irland, Aviva Rahmani, Betsy Damon, Diane Burko, Leila Daw, Stacy Levy, Charlotte Coté,[190] Meridel Rubenstein, Stacy Levy, Anna Macleod, and Aviva Rahmani.

To mark the 10th anniversary of access to water and sanitation being declared a human right by the UN, the charity WaterAid commissioned ten visual artists to show the impact of clean water on people’s lives.[191][192]

Dihydrogen monoxide parody

Water's technically correct but rarely used chemical name, "dihydrogen monoxide", has been used in a series of hoaxes and pranks that mock scientific illiteracy. This began in 1983, when an April Fools' Day article appeared in a newspaper in Durand, Michigan. The false story consisted of safety concerns about the substance.[193]

See also

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Further reading

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