Hidrologia

Propriedades da água

Propriedades físicas massa específica calor específico calor latente de fusão calor latente de vaporização

A existência da água na Terra em todas as três fases (vapor, líquido e sólido) é um dos aspectos que torna o planeta único.

A massa específica, ou densidade, é a massa por unidade de volume de uma substância e o peso específico é o peso por unidade de volume.

Para a massa específica normalmente é usado o símbolo , e nas unidades do SI é dada em Kg.m-3.

O peso específico é simbolizado pela letra grega g dado em unidades de N.m-3.

As duas variáveis estão relacionadas pela segunda lei de Newton, usando a aceleração da gravidade (g):

a 3,98oC a massa específica é de 1000 Kg.m-3.

g

A variação do valor da massa específica da água com a temperatura é bastante incomum, e tem um importante papel no meio ambiente.

Por exemplo, a água líquida a 0oC é mais densa que o gelo.

Por outro lado, quando a água líquida a 0oC é aquecida sua densidade inicialmente aumenta até a temperatura de 3,98oC, quando a sua massa específica atinge 1000 Kg.m-3.

A partir desta temperatura a densidade da água diminui com o aumento da temperatura, como acontece com a maior parte das substâncias.

68,198,3019549,01000 T

Gelo bóia sobre água fria

Lagos congelam pela superfície

Acima de +/- 4 C a água quente é mais leve, e fica mais próxima à superfície

Importante no comportamento de lagos e reservatórios.

A presença de substâncias dissolvidas ou em suspensão na água pode alterar a sua massa específica.

Assim, a água salgada é mais densa do que a água doce, e a água com alta concentração de sedimentos de alguns rios pode ter densidade significativamente diferente da água limpa a mesma temperatura.

A estrutura molecular da água (H2O) é responsável por uma característica fundamental da água que é a sua grande inércia térmica, isto é, a temperatura da água varia de forma lenta.

O sol aquece as superfícies de terra e de água do planeta com a mesma energia, entretanto as variações de temperatura são muito menores na água.

Em função deste aquecimento diferenciado e do papel regularizador dos oceanos, o clima da Terra tem as características que conhecemos.

Cada grama de água precisa receber cerca de uma caloria para aumentar sua temperatura em 1 oC.

Em unidades do SI o calor específico da água (cp) é de 4216 J.Kg-1.K-1.

Isto significa que é necessário fornecer 4216 Joules de energia para cada Kg de água ter sua temperatura aumentada em 1 grau Kelvin.

A quantidade de energia recebida pela água congelada a 0oC durante o processo de fusão é denominada calor latente de fusão.

O valor do calor latente de fusão da água é de, aproximadamente, 334 KJ.Kg-1.

A quantidade de energia absorvida pela água na passagem da fase líquida para a gasosa (vapor) é o calor latente de vaporização.

A temperaturas abaixo de 100 oC algumas moléculas de água na superfície podem romper as ligações inter-moleculares com as moléculas vizinhas e escapar do meio líquido, vaporizando-se.

Assim, a vaporização pode ocorrer a temperaturas inferiores à do ponto de ebulição.

A 100 oC o calor latente de vaporização é de 2,261 MJ.Kg-1, o que corresponde a cinco vezes mais energia do que a necessária para aquecer a água de 0 a 100 oC.

O calor latente de vaporização decresce com o aumento da temperatura. Esta relação pode ser aproximada pela equação abaixo:

T 002361,0501,2

O calor latente de vaporização decresce com o aumento da temperatura. Esta relação pode ser aproximada pela equação abaixo:

T 002361,0501,2

Mostre que o calor latente de vaporização da água a 100 oC corresponde a mais de cinco vezes a energia necessária para aquecer a água de 0 a 100 oC.

Calcule o aumento de temperatura médio da água em uma piscina com 100 m2 de área e 2 m de profundidade devido à absorção de radiação de 7 MJ.dia-1. Considere que a temperatura inicial é de 20 oC, e que não existem perdas de calor na água da piscina e nem evaporação da água.