Curso de química para engenharia: volume III: água

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O Planeta é um Ser Vivo: lesões menores podem cicatrizar; feridas profundas viram chagas perenes.
A quem serve a transposição do São Francisco
“O risco final é que, atravessando acidentes geográficos consideráveis, como a elevação da escarpa sul da Chapada do Araripe – com grande gasto de energia –, a transposição acabe por significar apenas um canal tímido de água, de duvidosa validade econômica e interesse social, de grande custo, e que acabaria sobretudo, por movimentar o mercado especulativo, da terra e da política.”
Aziz Ab’Sáber (1924-2012)
Fonte: Carta Capital, 24 de março de 2014.
Catástrofe no mar de Aral
“Ele tinha uma área equivalente à dos estados de Rio de Janeiro e Alagoas juntos. Por séculos, foi um oásis no meio do deserto. Mas agora o mar de Aral, entre o Cazaquistão e o Uzbequistão, está morrendo. Simboliza o que poderá acontecer com os outros mananciais do planeta se o ritmo de uso irracional continuar como nos dias de hoje. Apesar do nome, o Aral é um grande lago que se tornou salgado. Antes da década de 1960 tinha 62 mil km2 de extensão. Hoje já perdeu 2/3 da sua área de superfície.”
Sérgio Adeodato
Fonte: http://planetasustentavel.abril.com.br/noticias/ambiente/contendo_345576.shtml;
acessado em 28 de março de 2014.

Preço: R$ 48,30

9 capítulos

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Prefácio

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pr e fác i o

Com este volume, terminamos a Série de textos relativos à química, destinados a alunos de engenharia. Desta vez, nosso foco é a água em seus variados aspectos, indo além das considerações estritamente químicas, como foi também o caso nos volumes anteriores.

Nos dois primeiros capítulos, abordamos aspectos estruturais, sendo que, no segundo, damos ênfase às ligações de hidrogênio, responsáveis pelas propriedades únicas desse líquido.

No Capítulo 3, descrevemos a distribuição assaz desigual das

águas no planeta e, no Capítulo 4, destacamos a grande importância das águas na regulação do clima na superfície terrestre.

O Capítulo 5 discute água como fonte de energia em várias formas, com destaque para a energia hidrelétrica.

O Capítulo 6 comenta tanto o transporte da água como o seu uso como meio de transporte.

No Capítulo 7, abordamos alguns aspectos do uso da água na agropecuária, sem aprofundar muito o tema.

X III

Curs o d e Qu í mi ca pa ra Engenha ria . volume III : água

 

1. Água: estrutura química e molecular

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Água: estrutura quím ica e molecu lar

A molécula de água é uma das mais interessantes do ponto de vista químico porque apresenta características e propriedades únicas e de extrema importância para a vida. Você já parou para pensar por que os oceanos não congelam? Ou por que o gelo flutua? Ou, ainda, por que a água é o solvente universal? Alguns desses tópicos serão abordados quando forem pertinentes ao longo deste livro, mas pode-se dizer que as propriedades atômicas e moleculares são as responsáveis por tanta versatilidade para uma só molécula. Este livro tenta mostrar a beleza da química por meio da molécula de água e da sua importância na vida humana.

Os átomos e, consequentemente, suas propriedades, são a parte central da química; por isso, é interessante entender como eles podem se agrupar e se arranjar no espaço. O ponto de partida é a estrutura eletrônica, isto é, como os elétrons estão arranjados em torno do núcleo. Para entender a estrutura eletrônica, é preciso conhecer três partículas subatômicas: o elétron, o próton e o nêutron.

 

2. A água e a ligação de hidrogênio

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A água e a l i g ação de h i dro g ê n i o

Uma das maravilhosas características da molécula de água é a criação de um ambiente favorável à evolução e à continuação das espécies, o qual está diretamente relacionado com as propriedades únicas dessa molécula tão peculiar e interessante. Você viu no capítulo anterior (e provavelmente já sabia) que a molécula de água é formada por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Viu também que os

átomos possuem características específicas que permitem sua combinação com outros elementos químicos para formar diferentes moléculas. No caso da água, a diferença de eletronegatividades entre oxigênio e hidrogênio dá a essa molécula um tipo especial de interação, chamado de ligação de hidrogênio. É dessa ligação química entre os átomos da água que surgem as incríveis propriedades que permitem a existência de vida na Terra. Daqui surge um ponto interessante, que é saber como analisar a eletronegatividade de um átomo e a polaridade de uma ligação química.

 

3. Distribuição geográfica da água

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Di str i bu i ção g eog ráf i ca da ág ua

Sempre se ouve que a água é fundamental para a vida, mas você já parou para pensar em como ela atua nesse sentido? Que propriedades fazem com que ela seja uma das substâncias mais importantes para a manutenção e a existência da vida na Terra? Nos capítulos anteriores, foram apresentadas e discutidas as diversas propriedades químicas da água, como seu elevado calor específico (ver também

Seção 4.4) e pontos de fusão e congelamento, que tornam a água um excelente regulador térmico tanto corporal quanto minimizador das variações da temperatura na atmosfera, por exemplo.

A idade da Terra é estimada como algo em torno de 4,5 bilhões de anos. Entretanto, a vida na Terra, como é conhecida hoje, surgiu há cerca de 3,5 bilhões de anos, a partir da formação da crosta terrestre pelo esfriamento do planeta, sendo a água o grande propulsor disso. A

água ocupa 3/4 da superfície terrestre, sendo a substância mais abundante nos organismos vivos. Mas, ela se encontra distribuída de qual maneira no globo terrestre? Que processos e propriedades afetam a distribuição? A seguir, serão discutidas essas propriedades e características da água.

 

4. Água e clima

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Água e clima

4.1 Int ro dução

Como se afirma neste texto, o sol de nosso sistema foi determinante no clima do planeta Terra por bilhões de anos, por conta da enorme quantidade de energia que envia – e continua sendo determinante.

As flutuações no clima também são devidas principalmente ao sol e

à relação estabelecida pelo Planeta com ele.

O planeta Terra não é um espectador inerte, que apenas recebe esse dom. O Planeta reage com seus movimentos e por meio da água nas suas formas gasosa, líquida e sólida. Os dois papéis principais da

água são atuar no efeito estufa, ao reter parte do calor que o sol lhe envia, e empregar sua capacidade amortecedora das mudanças de temperatura em virtude de seu alto calor específico (1 cal/g.oC).

Há várias décadas, a humanidade é inundada por uma postura alarmista de que a temperatura da Terra estaria aumentando por causa das atividades industriais, de transporte e agropecuárias do ser humano. Mais ainda, os propagadores dessa tese afirmam que tal aquecimento teria efeitos catastróficos sobre os seres vivos e o habitat. Quase toda a mídia e muitos governos têm aderido a essa preocupação. O mecanismo do aquecimento seria pelo aumento do efeito

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5. Água e fontes de energia

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Água e fontes de energ ia

5 .1 Int ro dução

No início de 2012, publicamos pela Editora Manole o livro Curso de química para engenharia, Volume I: Energia1, no qual abordamos várias fontes de energia relacionadas com a água, além de outras como energia nuclear, eólica e, ainda, diversos tipos de materiais combustíveis. Das energias com origem em alguma forma de energia potencial ou cinética da água, as centrais hidrelétricas são de longe as mais importantes ainda nos dias de hoje. Marés, ondas, correntes marítimas e gêiseres, por exemplo, começam a ser utilizados. Para se estabelecer, essas fontes deverão se mostrar competitivas econômica e tecnologicamente, além de respeitosas em relação à preservação do ambiente, não só em comparação com as hidrelétricas, mas comparadas também às outras fontes de energia, tradicionais ou emergentes.

O mundo tecnológico, financeiro e econômico evoluiu no curto período entre a escrita do livro mencionado anteriormente e a escrita destas palavras. Aparentemente, as coisas acontecem de forma rápida.

 

6. Água e transporte

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Água e Trans porte

6.1 Tr ansporte de ág ua

Há muita água em movimento natural no Planeta: rios, chuvas, cataratas, ondas do mar, gêiseres. Mas, os movimentos são emprestados, seja pela gravidade, pelo vento ou pelo calor.

Uma forma antiga de transporte de água e que ainda persiste é pelo ser humano. Frequentemente, crianças ou mulheres carregam água em recipientes nos braços ou em cima da cabeça. Também diversos animais domesticados ainda são empregados para levar água de um lugar para outro. Outra forma de transporte do líquido é por meio de caminhões-pipa e navios-tanque. Até icebergs já foram puxados dos polos.

Sistemas de transporte de água podem ser realizados por aquedutos, por exemplo tubulações, túneis ou canais. O material desses sistemas deverá ser inerte, resistente, com pouca fricção e permeabilidade. As tubulações nas edificações evoluíram de ferro para cobre e logo para plástico.

Quando esse sistema de transporte não conta com o auxílio da gravidade,

 

7. Água na agropecuária

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Água na ag ropecuár ia

7.1 O Brasil produz alimentos para o mundo

O leitor deve estar ciente de que o Brasil está perto de ser o principal provedor de alimentos do planeta e que sua economia depende pesadamente da agroindústria. O governo brasileiro costuma ter grande predileção pela indústria, que certamente também é da maior importância, mas é bom lembrar que países ricos e avançados são grandes produtores agrícolas. Sem ir mais longe, é o caso dos Estados Unidos (EUA), do Canadá, da Austrália e, principalmente, da própria União Europeia (UE). No caso da UE, essa produção é possível mediante enormes subsídios aos produtores agrícolas. O Brasil tem tentado reverter essa conduta dos europeus por décadas, mas com modesto sucesso.

O Brasil possui uma das maiores áreas de terra cultivável, mas não é só isso que conta. Há empreendedorismo na agroindústria e inclusive uma cultura familiar bem-sucedida. A tecnologia brasileira

é altamente avançada, em grande medida graças à Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias (Embrapa). É preciso lembrar-se também da contribuição de institutos de pesquisa estaduais, como as feitas pelo Instituto Agronômico de Campinas (IAC).

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8. Salvemos nossas águas

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Salve mos nos sas ág uas

Sendo estudante de engenharia, o leitor visado prioritariamente e por ele não estar necessariamente familiarizado com termos comuns em ciências do ambiente, foi incluído, a seguir, um glossário para facilitar a leitura e a compreensão do texto.

8 .1 Glossár io

1. Acetilcolinesterase (AChE) – enzima que catalisa a quebra por hidrólise do neutrotransmissor acetilcolina, formando colina e acetato. A acetilcolina é liberada pelo terminal nervoso quando o organismo necessita de estímulos específicos, como contração ou relaxamento muscular.

2. Antioxidantes – substâncias (p.ex., alguns nutrientes e vitaminas) com função de proteção celular contra os efeitos adversos dos radicais livres.

3. Anoxia – ausência de oxigênio, sendo considerada um agravante de hipoxia.

4. Bentos – organismos que vivem no substrato (marinho ou dulcícola), estando fixos ou móveis.

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