A geoquímica da água

Por Manoel Gomes

OS ÁTOMOS QUE FORMAM A ÁGUA, CONFEREM CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES PARA SEU COMPORTAMENTO GEOQUÍMICO.

Figura 01- A geoquímica da água.

(HÍDRIA)- A água é formada pela união de dois átomos de hidrogênio com um átomo de oxigênio, ligados não simetricamente aos átomos com um ângulo de ligação de 105º (Figura 01). Esse arranjo não simétrico confere ao balanço de cargas da molécula uma característica polar (Figura 02). 

Figura 02- Representação da molécula assimétrica e polar da água.

Embora a água no estado líquido seja dada pela fórmula H2O ou HOH, ela é composta por grupos moleculares, onde as moléculas de HOH em cada grupo unem-se em conjunto pelas ligações com os hidrogênios (pontes de hidrogênio). Estima-se que em cada grupo ou fechamento molecular haja cerca de 130 moléculas a 0ºC, 90 moléculas a 20ºC, e 60 moléculas para 72ºC. H180O90 é a fórmula aproximada para o fechamento molecular a 20ºC.

Figura 03- Estrutura eletrônica da água.

A água é atípica no que se refere à densidade. Sua fase sólida, o gelo, é menos densa que a fase líquida, a água. Na fase líquida a densidade máxima (999,972 kg/m3) é alcançada a 3,984ºC. Com o resfriamento abaixo desta temperatura há um decréscimo da densidade.

Água pura contém hidrogênio e oxigênio na forma iônica tanto quanto em formas moleculares combinadas. Os íons são formados pela dissociação da água, onde os sinais mais e menos indicam a carga das espécies iônicas.

H2O ↔ H+ + OH-

O hidrogênio ocorre de formas diferentes como mostrado na Figura 04. Embora a forma iônica do hidrogênio na água seja geralmente expressa nas equações químicas como H+, ela está normalmente na forma H3O+, o qual denota um núcleo de hidrogênio rodeado pelo oxigênio com quatro pares de elétrons-nuvens. Em discussões de interações minerais da água subterrânea, o processo conhecido como transferência de próton denota a transferência de H+ entre os componentes ou fases.

Figura 04- Desenho de quatro formas do hidrogênio. (a) O Átomo de Hidrogênio, um próton com um elétron. (b) A molécula de Hidrogênio, dois prótons separados em uma nuvens de dois elétrons. (c) O núcleo de Hidrogênio, ou H+, um próton. (d) O íon Hidrogênio, oxigênio com quatro nuvens de elétrons emparelhados, três dos quais são protonados H3O+.

A água é um solvente de muitos sais e alguns tipos de matérias orgânicas. Ela é bastante efetiva na dissolução de sais devido a sua alta constante dielétrica, e também porque suas moléculas tendem a combinar-se com íons para formar íons hidratados (Figura 05). A agitação termal dos íons em muitos materiais é grande o suficiente para superar a atração das cargas relativamente fracas que existe quando rodeados pela água, consequentemente permitindo a dissociação de um grande número de íons numa solução aquosa.

Figura 05- A água como um solvente.

A estabilidade dos íons numa solução aquosa é proporcionada pela formação dos íons hidratados. Cada íon carregado positivamente, conhecido como cátion atrai o lado negativo da molécula polar de água e une várias moléculas em um arranjo relativamente estável. O número de moléculas de água ligada a um cátion é determinado pelo tamanho do cátion. Por exemplo, um cátion pequeno como o Be2+ forma o íon hidratado Be(H2O)42+. Íons largos, como Mg2+ ou Al3+, tem formas hidratadas como Mg(H2O)62+ e Al(H2O)63+. Espécies carregadas negativamente, conhecidas como ânions, apresentam uma tendência mais fraca para hidratação. Nesse caso, os ânions atraem o lado positivo das moléculas polares da água. Os tamanhos dos íons em suas formas hidratadas são importantes com respeito a muitos processos que ocorrem no ambiente da água subterrânea (Figura 06).

Figura 06- Esfera de hidratação.

Muito mais como resultados das interações químicas e bioquímicas entre água subterrânea e os materiais geológicos através dos quais ela flui, do que devido às contribuições muito menores da atmosfera e corpos de águas superficiais, a água subterrânea contém larga variedade de constituintes químicos inorgânicos dissolvidos em várias concentrações.