Terra - Planeta Água

Terra, planeta água, como dizia o cantor Guilherme Arantes. Era um líquido muito engraçado. Não tinha gosto, não tinha nada. Ninguém podia colocar uma garrafa d'água no freezer, porque o recipiente estoura. Estoura graças a uma propriedade incomum: trata-se de uma das únicas substâncias da Terra que aumenta de tamanho na fase sólida. O que, afinal, torna a água tão especial?

Ela é menos densa no estado sólido, que no líquido. Desafia a gravidade e congela mais rápido quando fervida. Essas são algumas das mais de 70 anomalias da água: um conjunto de características que nenhum outro líquido do Universo tem. Entenda por que os “superpoderes” da água são a chave para a vida na Terra.

Desde que foi descoberta a composição da água por Henry Cavendish(1731-1810), no século XVIII, que as propriedades se mostraram fantásticas. A água está em toda parte. Como disse o químico norte-americano Richard Saykally. É a terceira molécula mais abundante no universo, e cobre quase ¾  da superfície da terra. É um solvente de quase tudo que se conhece, Em geral, se pensa que não há chance de vida sem água. Será mesmo? Até 2012 se acreditava nisso, quando pesquisadores da Universidade de Bristol, na Inglaterra, perceberam que a mioglobina, proteína que une o oxigênio nos músculos, mantém sua estrutura quando privada de água, inclusive se mantendo mais resistente ao calor. Mas só existe um tipo de água? Não. 

Existem outras duas águas especiais. Mas isso tem relação com o hidrogênio da composição. Vem com outros isótopos do hidrogênio, que são o mesmo elemento químico, mas tem algumas propriedades diferentes. Mas qual o conceito de elemento químico? São elementos com mesmo número atômico(número de prótons), correto? Então um átomo de hidrogênio será hidrogênio enquanto tiver um só próton, independente de quantos nêutrons(ou elétrons) tiver? Isso mesmo!

Entretanto, existem isótopos de hidrogênio na natureza com um nêutron, e massa dois(deutério), e dois nêutrons, e massa três(trítio). O hidrogênio da nossa água é o prótio, que tem massa um(só possui um próton, nenhum nêutron). Mas existe água desses hidrogênios pesados? Sim, existe! Existe a chamada “água pesada”, com deutério. E a “água super pesada”, com trítio. Esta última, sendo até radioativa, é bem mais rara. Mas como são as propriedades dessa “água pesada”? Em termos gerais, bem semelhantes com a nossa “água de prótio”, com raras exceções. Se colocar um cubo de gelo de água, ele flutua. Se for gelo de “água pesada”, afunda.

Essa água pesada já se encontra diluída na natureza, em percentuais ínfimos. Na sua forma pura, águas pesadas só são produzidas em usinas de hidrogênio, como a usina de energia de Célula de Hidrogênio Shinincheon Bitdream, na Coréia do Sul. A usina de hidrogênio mais antiga do mundo ficava no Brasil. Era a antiga Usina do Gasômetro, no Rio Grande do Sul, fundada no século XIX, hoje transformada em museu. Porém esta última não tinha, obviamente, funções(hidrogênio verde) como estas mais modernas. Mas tinha potencial para tal. A primeira usina de hidrogênio do mundo a produzir água pesada em massa, foi a Vemork, na Noruega. 

É seguro beber água pesada(com deutério)? É viável? Depende da quantidade consumida. A maioria das pessoas relata que os dois tipos de água têm gostos diferentes. A água pesada teria um sabor levemente adocicado. E embora ela não seja radioativa, bebê-la não é totalmente seguro. Em regra, em cada copo d'água que você bebe, 0,001% daquela água é água pesada. Ou seja, numa garrafa de um litro, existem 0,01 ml de água pesada.

O problema é a massa extra em comparação com a água comum. Basicamente, a diferença de massa retarda as reações bioquímicas que utilizam água. Além disso, o deutério forma ligações de hidrogênio mais fortes do que o prótio, resultando em uma reatividade diferente. Você pode beber um copo de água pesada pura e não sofrer nenhum efeito nocivo. Se beber alguns copos, poderá sentir tontura, pois parte dela  alteraria a densidade do fluido no seu ouvido interno.

Um problema fundamental é que a água pesada interrompe a mitose, o tipo de divisão celular usada para reparar lesões e gerar novas células. Os fusos mitóticos de células que contêm muita água pesada simplesmente não conseguiriam dividir uma célula igualmente, para formar duas novas células idênticas.

Mas é preciso beber continuamente apenas água pesada por vários dias para ver algum efeito. Substituir 20% da água normal das células por água pesada é viável para humanos e outros mamíferos(embora não seja recomendado). Substituir 25% causa esterilização(às vezes irreversível). Substituir 50% é letal. E não é uma morte bonita. A intoxicação por água pesada assemelha-se à intoxicação por radiação ou à intoxicação citotóxica da quimioterapia.

A água pesada já foi motivo de conflitos militares. A usina de hidrogênio em Vemork, na Noruega, foi tomada pelos alemães, e objeto de destruição por 12 espiões ingleses e noruegueses, além de um bombardeio norte americano no fim da guerra. O ditador alemão pretendia usar a água pesada da usina para fins de fissão nuclear. Foi uma das aventuras de sabotagem de guerra mais perigosas da história. 

Voltando à definição da água que conhecemos, a molécula d'água tem a forma de uma letra “v”, com o oxigênio no vértice e os hidrogênios nas pontas simétricas. O oxigênio fica com todos os elétrons negativos perto de si, o que torna a carga elétrica na base do “v” ligeiramente negativa. Já os hidrogênios, nas extremidades, ficam um pouco positivos. Isso torna o H2O uma molécula polar. Como os pólos de uma pilha. A polaridade é o motivo da água dissolver tantas coisas tão facilmente – algo essencial para o funcionamento do seu corpo, que dilui tudo em água: sangue, xixi, suor. A água é democrática. 

Democrática, porém “promíscua”: os hidrogênios positivos da molécula passam o tempo se sentindo atraídos pelo pólo negativo de outra molécula de água. Essa conexão entre as moléculas chama-se ligação de hidrogênio, que é uma interação intermolecular frágil, mas que forma uma rede ligada de moléculas d'água. Essa “tapeçaria intermolecular” confere à água uma tensão superficial incomum, que todos nós presenciamos ao encher um copo até a boca: o líquido avança dois ou três milímetros acima da borda do recipiente, como se estivesse preso por uma película arredondada. Essa película é o que faz uma “barrigada” na piscina doer tanto – e permite que insetos caminhem na superfície de um lago. Também é ela que está por trás da formação de gotículas de orvalho redondas em pétalas de flores.

Conforme a água esfria, a energia contida no líquido fica menor. Menos energia significa menos agitação, as moléculas se aproximam, tornando a substância densa. É por isso que a fase sólida da maior parte dos compostos químicos afunda quando imersos na substância na fase líquida. A água obedece a essa regra apenas até os 4°C. Quando atinge essa temperatura crítica, sua densidade começa a aumentar, em vez de diminuir. Eis uma anomalia e tanto. As moléculas se afastam porque estão manobrando para congelar encaixadas em um padrão geométrico hexagonal, como uma colmeia. Esse padrão hexagonal deixa buracos – que não existem na água líquida, em que as moléculas são livres para se acomodar umas nas outras, de maneira mais compacta.

É por isso que o gelo flutua no copo e as garrafas estouram no freezer. Agradeça ao cosmos por essa bizarrice. Se o gelo fosse mais denso que a água, lagos, rios e o próprio oceano congelariam de baixo para cima. E, com o leito congelado, a vida subaquática teria sido aniquilada nas eras glaciais. 

A água é um dos poucos líquidos que ficam maiores na fase sólida. Se o gelo em si é um mistério multifacetado, o congelamento não deixa por menos. Em 1963, um menino de 13 anos chamado Erasto Mpemba – que fazia picolés caseiros para vender em um vilarejo da Tanzânia, na África – percebeu que a água se solidifica mais rápido quando é posta no freezer fervendo. O fenômeno ficou conhecido como efeito Mpemba (antes dele, Aristóteles havia feito essa observação por escrito, mas ninguém deu bola).

Sabemos agora que há água na Lua, em Marte e até em Plutão. E onde existe água, pode haver vida. Então, coloque um pouco de água em um copo. Admire essa substância que não tem cor, cheiro ou sabor. Sem ela, nem nós, nem nosso mundo, poderíamos existir. 

Referências Bibliográficas

1) BIRCH, Hayley. 50 ideias de química que você precisa conhecer. Tradução: Helena Londres. Planeta do Brasil. São Paulo, 2018. 

2) IstoÉ, Enciclopédia Ilustrada da Terra. Editora Três. Editor Chefe: James F. Luhr. Tradução:Gotcha Idiomas. São Paulo, 2012.

3) KOTZ, John C. Química Geral e Reações químicas, vol 1. Tradução da 6ª edição norte-americana. Tradução técnica: Flávio Maron Vichi. Tradução: Solange Aparecida Visconte. Cengage Learning. São Paulo, 2009.