Sigam a Água - 2

FOLLOW THE LIFE  Solvent Biogenic elements Source of Free Energy searches for life within our solar system commonly retreat from a search for life to a search for “life as we know it,” meaning life based on liquid water, a suite of so-called “biogenic” elements (most famously carbon), and a usable source of free energy. (Chyba & Hand, 2005, p. 34)

FOLLOW THE LIFE  Follow the water Follow the carbon Follow the nitrogen Follow the energy Follow the entropy Follow the information

Water: Pros & Cons It is easily done: it is a tri-atomic molecule and H and O are the first and third most abundant elements in the universe. It remains in liquid form for a relatively large temperature range (0 – 100ºC, under 1 atm); these limits could be extended under pressure and by the presence of dissolved salts. This temperature range include temperatures high enough for chemical reactions to proceed at a relatively rapid pace, but not so high that collisions destroy important, large and fragile molecules.

Water: Pros & Cons It is rather corrosive and reactive. It can hamper protein and nucleic acid concentrations Its ice is less dense than that of water so that ice floats. The high reflectivity of water ice could lead to thermal negative runaway conductive to global glaciations, that could turn into killing events.

Três Estados da Água Na Terra, a água pode estar presente nos seus três estados: gelo (sólido), água líquida (líquido) e vapor d’água (gasoso) Pressão e Temperatura controlam qual é o estado dominante em um particular ambiente planetário

Pressão Atmosférica No nível do mar: 1 atmosfera = 101 325 Pa = 101.325 kPa = 1.01325 bar A pressão é devida ao impacto das moléculas na superfície

Phase Diagrams Condensation Vapor Liquid Evaporation At some point Condensation = Evaporation – liquid and vapor phases are in Equilibrium – saturation curve T – triple point of a substance is the temperature and pressure at which three phases (gas, liquid, and solid) of that substance may coexist in thermodynamic equilibrium C – critical point – liquid phase cease to exist

Conjunto de condições (1) – fase sólida Conjunto de condições (2) – fase líquida Conjunto de condições (3) – fase gasosa Pode-se fazer um líquido ferver ou aumentando sua temperatura ou diminuindo sao pressão

Não pode haver H2O líquido abaixo de 0.006 atm (Marte) Não pode haver CO2 líquido abaixo de 5 atm – gelo seco H2O CO2

Water: Pros & Cons – Cont. Its ice is less dense than that of water so that ice floats. Having a frozen ice cap protects life below the ice and prevents freezing throughout all the bulk of the liquid. (eg. EUROPA) Water has a very large heat of vaporization and a large heat of vaporization. This means that the temperatures of in solution is stabilized by the thermal properties of water as a solvent. Water is a polar solvent so that it can discriminate between polar and non-polar molecules. Chemical discrimination results on the formation of mixed phases such as membranes, microenvironments and compartmentalization. Its relatively high viscosity protects living organisms from strong dynamical instabilities. The surface tension of water, twice that of ammonia and three times that of alcohol, exceeds the surface tension of any other liquid known.

Uma grande vantagem da H2O – gelo flutua! Para a maior parte das substâncias, a fase sólida é mais densa do que a líquida O gelo é mais denso que a água líquida, e assim o gelo flutua Lagos e oceanos não congelam completamente – A vida pode sobreviver às glaciações

Three major advantages of Water A wider and higher range of temperatures over which it remains liquid (major advantage) Water ice floats, whereas the other substances sink when frozen (also important) The charge separation of water molecules – water can dissolve some substances (salts) but cannot dissolve membranes

Uma outra vantagem da H2O: Alto Calor Específico CALOR ESPECÍFICO DA H2O: 1 caloria (4,1868 Joules) para aquecer 1 g de H2O em 1oC. Isso significa que muita energia é necessária para aumentar a temperatura de uma dada massa de água; a energia é utilizada para superar a coesão das PONTES DE HIDROGÊNIO Assim, em um planeta com grande quantidade de água (como a Terra), variações da insolação só podem provocar PEQUENAS VARIAÇÕES NA TEMPERATURA DO PLANETA GRANDE ESTABILIDADE TÉRMICA O calor é armazenado nos oceanos no VERÃO e liberado de volta para a atmosfera no INVERNO.

Estrutura da Água

ESTRUTURA da água

104.5o

Pontes de Hidrogênio

dipolo líquido = 0 dipolo líquido = 1,85

1,85

Na água líquida: grandes graus de liberdade entre as moléculas cria uma dinâmica entre as Pontes de Hidrogênio

Organização no gelo Ice IV Ih Ic

Equilíbrio de dissociação: o pH

H2O + H2O   H3O+ + OH- Na ÁGUA PURA, as concentrações de H3O+ e OH- SÃO IGUAIS

Solvatação

ânions cátion etanol

Solutos ionizáveis: Solutos polares não-ionizáveis: Solutos não-polares:

No caso do sal, podemos representar a hidratação do cátion e do ânion como sendo: Na+(g) + Cl-(g) + xH2O à Na+(aq) + Cl-(aq) No caso do NaOH: NaOH + xH2O  Na+ (aq) + OH- (aq) Quando os íons são hidratados, é liberada a ENERGIA DE HIDRATAÇÃO, que pode ser de natureza ENDOTÉRMICA ou EXOTÉRMICA

Além da organização dos solutos na estrutura de dipolo da água, o fator mais importante na solubilidade é a sua CONSTANTE DIELÉTRICA: F = (q1q2) r2 (Lei de Coulomb) Mas a organização das cargas no meio líquido depende do trabalho necessário para que isso ocorra, ou seja, depende também da CONSTANTE DIELÉTRICA DO MEIO: F = (q1q2) D r2

F (negativa) se q1 (+) e q2 (-)  ATRAÇÃO F (positiva) se q1 = q2  REPULSÃO

Constantes dielétricas de líquidos selecionados (à 25 ºC) Meio D ar 1 acetona 20,7 etanol 24,30 benzeno 2,27 água 78,54 Ácido sulfúrico anidro 101

Podemos definir a constante dielétrica do meio como sendo a razão entre o trabalho necessário para separar cargas opostas a uma determinada distância no vácuo pelo trabalho necessário para separar as mesmas cargas quando imersas no meio. Assim sendo, podemos fazer algumas comparações: como o trabalho para separar partículas carregadas com cargas diferentes é inversamente proporcional à constante dielétrica, o trabalho para separar duas tais partículas em água é 1/78,54 vezes aquela necessária para separa-las no ar 1 = 0,013 78,54 H2O 1 = 1 1 ar

Forças da água e na água

Propriedades e papel da água Líquido de maior estabilidade química Aproximadamente 75% da composição de qualquer ser vivo Alto calor específico As pontes de Hidrogênio Equilíbrio de dissociação: o pH Solvatação Forças da água e forças na água O mundo hidrofílico induzindo a organização química Líquido de maior estabilidade química Aproximadamente 75% da composição de qualquer ser vivo Alto calor específico As pontes de Hidrogênio Equilíbrio de dissociação: o pH Solvatação Forças da água e forças na água O mundo hidrofílico induzindo a organização química

Forças DA água: CAPILARIDADE AR

Resultante das Forças  0 Resultante das Forças  0 TENSÃO SUPERFICIAL Resultante das Forças  0 Resultante das Forças  0

Forças NA água: DISSOLUÇÃO DE SOLUTOS

OSMOSE tempo

O mundo hidrofílico induzindo a organização química

Protein