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2.14: Estados da Água
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States of Water
 
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2.14: States of Water

2.14: Estados da Água

Water exists in three main states: solid (ice), liquid, and gas (steam). The state water is in depends on the intermolecular forces that draw water molecules together and the kinetic energy that pulls them apart.

Water freezes when the intermolecular forces are greater than the kinetic energy. Unlike most other substances, water is less dense in its solid state than it is in its liquid state. This is because each water molecule is capable of bonding with four molecules, forming a spaced, tetrahedral organization. This characteristic of water allows ice to float. Without floating ice, bodies of water would freeze from the bottom up, killing aquatic life.

When kinetic energy is applied to ice in the form of heat, ice melts into liquid water. In this state, bonds between water molecules constantly break and form again. When ice melts, the temperature of the water remains at the melting point until the whole volume is liquid. Only then will the water temperature increase beyond the melting point.

As kinetic energy overpowers intermolecular forces, liquid water (or even ice) turns into a gas. The process of generating steam from liquid water is called vaporization. Increases in kinetic energy can occur within the sample, as with boiling, or can happen at the surface when water evaporates. The process by which a gas is generated directly from a solid, without first going through a liquid phase, is called sublimation. This transition is dependent on low atmospheric pressure, augmenting the effects of kinetic energy.

When kinetic energy drops, steam can transition into a liquid, a process called condensation, or directly into a solid, a process called deposition or desublimation. Condensation accounts for rain, and deposition accounts for snow.

In the search for other biocompatible planets, the presence of water is a crucial feature, especially in liquid form, because life on Earth began in water. Enceladus is an ice-covered moon of Saturn that has water plumes or geysers on its southern pole. This initially generated much debate over whether Enceladus has liquid water under the ice, as the plumes were found to carry both steam and ice. However, the moon’s orbit around Saturn and other clues suggest the presence of a vast liquid ocean in Enceladus, making it potentially hospitable for life.

A água existe em três estados principais: sólido (gelo), líquido e gás (vapor). O estado em que a água se encontra depende das forças intermoleculares que unem moléculas de água e da energia cinética que as separa.

A água congela quando as forças intermoleculares são maiores do que a energia cinética. Ao contrário da maioria das outras substâncias, a água é menos densa no seu estado sólido do que no seu estado líquido. Isto porque cada molécula de água é capaz de se unir com quatro moléculas, formando uma organização espaçada e tetraédrica. Essa característica da água permite que o gelo flutue. Sem que o gelo flutuasse, corpos de água congelariam de baixo para cima, matando a vida aquática.

Quando a energia cinética é aplicada ao gelo na forma de calor, o gelo derrete em água líquida. Neste estado, as ligações entre moléculas de água constantemente quebram e voltam a formar-se. Quando o gelo derrete, a temperatura da água permanece no ponto de fusão até que todo o volume fique líquido. Só então a temperatura da água aumentará para além do ponto de fusão.

À medida que a energia cinética domina as forças intermoleculares, a água líquida (ou mesmo o gelo) transforma-se em gás. O processo de criação de vapor a partir da água líquida é chamado de vaporização. Aumentos na energia cinética podem ocorrer dentro da amostra, como com a ebulição, ou podem acontecer à superfície quando a água evapora. O processo pelo qual um gás é criado diretamente a partir de um sólido, sem antes passar por uma fase líquida, é chamado de sublimação. Esta transição depende da baixa pressão atmosférica, aumentando os efeitos da energia cinética.

Quando a energia cinética cai, o vapor pode fazer a transição para um líquido, um processo chamado de condensação, ou diretamente para um sólido, um processo chamado de deposição ou dessublimação. A condensação explica a chuva, e a deposição explica a neve.

Na procura por outros planetas biocompatíveis, a presença de água é uma característica crucial, especialmente na forma líquida, porque a vida na Terra começou na água. Encélado é uma lua de Saturno coberta de gelo que tem plumas de água ou géiseres no seu pólo sul. Isso inicialmente gerou muita discussão sobre se Encélado teria água líquida sob o gelo, já que se descobriu que as plumas continham vapor e gelo. No entanto, a órbita da lua ao redor de Saturno e outras pistas sugerem a presença de um vasto oceano líquido em Encélado, tornando-a potencialmente hospitaleira para a vida.


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