1- aula água e solução tampão (1)

GUAProfa Susana Ortiz Costa

Profa Susana Ortiz Costa

INTRODUO

Substncia mais abundante nos sistemas vivos.

1


INTRODUO

Solvente universal: dissolve mais tipos de substncias e em maior quantidade que qualquer outro;Permeia todas as pores de todas as clulas; Importncia em seres vivos: transporte de nutrientes e reaes metablicas; Todos os aspectos de estrutura celular e suas funes so adaptadas s propriedades fsico-qumicas da gua; A gua fundamental para os seres vivos, atua como solvente orgnico para reaes bioqumicas e determina as estruturas das macromolculas que realizam estas reaes.

2


PROPRIEDADES FSICO-QUMICA DA GUA

Propriedades Incomuns: PF (0C), PE (100C) e Calor de vaporizao maior que os lquidos comuns. Interao entre as molculas: Foras de atrao entre molculas adjacentes - COESO

Ponto de Fuso (PF), Ponto de Ebulio (PE) e Calor de Vaporizao de alguns lquidos comunsPF oC 0 -98 -117 -127 -95 -98 0,6 -63 PE oC 100 65 78 97 56 69 80 61 Calor vaporizao cal/g* 540 263 204 164 125 101 94 59

gua Metanol Etanol Propanol Acetona Hexano Benzeno Clorofrmio

3

* Nmero de calorias necessrias para converter 1,0 g de um lquido, no seu ponto de ebulio (presso atmosfrica), ao seu estado gasoso, na mesma temperatura.


ESTRUTURA DA GUA tomo

de Hidrognio compartilha um par de eltrons com o oxignio Geometria prxima do tetraedro (109,5);

Pares

de eltrons no compartilhados geram uma carga parcial (-) A fora de atrao eletrnica do Oxignio origina uma carga parcial (+) Carter DIPOLAR / ELETRICAMENTE NEUTRO4


ESTRUTURA DA GUA

Atrao eletrosttica resultante entre o tomo de oxignio de uma molcula de gua e o tomo de hidrognio de outra molcula de gua; As pontes de hidrognio so mais fracas que ligaes covalentes; Cada molcula de gua se une mediante pontes de Hidrognio a 3 ou 4 molculas (3,4 molculas) . A fluidez da gua se deve a meia-vida curta das ligaes:10-9seg. No gelo, cada molcula est fixa em um ponto do espao e estabelece pontes de H com outras 4 molculas semelhantes formando uma rede regular.

5


PONTO DE FUSO

Ponto de fuso relativamente alto porque no precisa diminuir tanto a temperatura, diminuindo assim a energia cintica para que as molculas fiquem unidas. POR QUE O GELO FLUTUA?

Gelo menos denso que a gua na gua lquida a estrutura no to aberta como a da gua no gelo.

gua slida

gua lquida

6


EVAPORAO

Recipiente com gua e recipiente com lcool, qual evapora primeiro? Recipiente com lcool, pois para que ocorra a evaporao necessrio uma energia cintica suficiente para superar as foras atrativas entre as molculas de gua permitindo que elas escapem atravs da superfcie para o estado gasoso. Ou seja, as foras atrativas de lcool so menores que as da molcula da gua. necessrio maior energia cintica para afastar as molculas de gua do que as de etanol.

EBULIO

Princpio igual ao da evaporao. Lquidos cuja as foras atrativas so maiores tm pontos de ebulio mais altos.

FLUIDEZ

Pontes de H da gua esto sempre sendo quebradas e refeitas rapidamente (1 x 10-9 seg) gua lquida fluida e no viscosa.

7


A GUA COMO SOLVENTE considerada o solvente universal. Seu carter polar a torna um timo solvente para substncias polares e inicas (hidroflicas). Substncias apolares so insolveis em gua (hidrofbicas).Por que os sais so dissolvidos em gua? Os solventes polares enfraquecem as foras de atrao entre ons de cargas opostas, podendo manter os ons separados.

Por exemplo: a gua pode dissolver um cristal de sal de cozinha (NaCl) ao interagir e separar os ons componentes, o Na+, que interage com o oxignio de carga parcial negativa, e o Cl-, que interage com os hidrognios de carga parcial positiva. 8


O cristal de NaCl desfaz-se medida que as molculas de gua se amontoam ao redor dos ons cloreto e sdioAs cargas inicas so parcialmente neutralizadas e as atraes eletrostticas entre os ons de cargas opostas so enfraquecidas

9


SOLUBILIDADEA sua solubilidade deve-se ao carter dipolar da gua que lhe confere uma constante dieltrica, isto , a capacidade de neutralizar a atrao entre cargas eltricas, muito elevada.

Cada on em soluo tem como que uma concha de molculas sua volta. Esta concha atua como um campo de isolamento eltrico que diminui a fora de atrao entre ons com cargas opostas, mantendo-os afastados na soluo.

10


SOLUBILIDADE A solubilidade de substncias polares e inicas so aumentadas quando elas possuem grupos funcionais. Ex.: grupo hidroxila, carbonila, carboxila, amino.Estes grupos podem formar ligaes de hidrognio com a gua.

11


Compostos orgnicos polares (acares, lcoois, aldedos, cetonas, cidos) formao de pontes de hidrognio com os grupos hidroxila ou carbonila.

O Efeito hidrofbico Quando uma soluo apolar adicionada a uma soluo aquosa, ela no se dissolve, sendo excluda pela gua. A tendncia da gua minimizar seu contato com molculas hidrofbicas denominado efeito hidrofbico.

12


A gua tende a hidratar a poro polar; ao mesmo tempo tende a excluir a poro apolar (hidrofbica) A poro apolar fora as molculas de gua circundantes a assumir um estado altamente ordenado De um modo geral, no entanto, as estruturas lipdicas tendem a agrupar-se, reduzindo a superfcie em contato com a gua As pores apolares so estabilizadas por interaes hidrofbicas que resultam da tendncia de excluir a gua

As micelas so um bom exemplo de estruturas que expem gua apenas os grupos hidroflicos (polares) e escondem completamente os grupos apolares

13


As micelas no so as associaes de molculas anfipticas mais importantes na clula viva Mais importantes so os agregados planares em bicamada molecular, os quais constituem a base da estrutura da membranas biolgicas

Micela

Bicamada lipdica

A

REPULSO DA GUA POR PARTE DAS ESTRUTURAS APOLARES UM FATOR INDISPENSVEL PARA A

14

ESTRUTURA DAS MEMBRANAS TAL COMO ELAS SE APRESENTAM NA CLULA VIVA


EXEMPLOS DE BIOMOLCULAS POLARES,NO POLARES E AMFIPTICAS

15


PROPRIEDADES QUMICAS DA GUA Determinam

o comportamento de outras molculas em soluo.

Ionizao da gua Qumica cido-base Tampes

16


IONIZAO DA GUAH2O H+ + OH

Reaes qumicas buscam o equilbrio: se [H2O] a reao desloca para a direita. agora, se [H+ ] [OH-] a reao desloca para a esquerda. A velocidade que ocorre esta reao proporcional ao produto das concentraes dos reagentes.

Ento: a velocidade da reao para a direita (V D) proporcional (KD) a concentrao de gua. VD= KD [H2O] a velocidade da reao para a esquerda (VE) proporcional (KE) a concentrao de H+ e OHVE= KE [H+ ] [OH-]

17


IONIZAO DA GUA

A posio do equilbrio de qualquer reao qumica dada por sua constante de equilbrio que depende das concentraes dos reagentes (A e B = H2O) e produtos (C e D = [H+ ] [OH-] ) presentes no equilbrio.

Deste modo:

VD = VE KD [H2O] = KE [H+ ] [OH-] KD = [H+ ] [OH-] KE [H2O] Keq = [H+ ] [OH-] [H2O]

18


IONIZAO DA GUAA 25C uma pequena poro de molculas da gua esto ionizadas. Em um litro : 55,5 moles de gua (concentrao molar = 55,5M). Keq = 1,8 x 10-6 1,8x10-6 M= [H+] [OH-]

55,5M 55,5 M x 1,8x10-6M = [H+] [OH-]

M2 = [H+] [OH-] [H+] [OH-] = 1x10-14 M2

99,9 x 10-6

19


IONIZAO DA GUAKw = 1x10-14 = [H+] [OH-]Kw chamado de produto inico da gua e significa que o produto [H+] [OH-] em solues aquosas a 25C sempre iguala o nmero fixo 1x 10-14 M2

Ou seja, a gua pura deve conter quantidades equimolares de [H+] e [OH-]Kw = [H+] [OH-] = [H+]2

[H+] =Kw = 1x10-14[H+] = [OH-] = 10-7 M [H+] e [OH-] esto reciprocamente relacionadas. Portanto, quando [H+] maior que 10-7 M, [OH-] necessariamente menor, e vice-versa.20


PHpH a [H+] em qualquer soluo aquosa.Kw , o produto inico da gua, a base para a escala de pH. pH = log 1 = - log [H+] [H+]

Quanto maior for o pH, menor ser a [H+] Quanto menor for o pH, maior ser a [H+] pH 7,0 Solues alcalinas, [OH-] pH 7,0 Solues cidas, [H+]

21


pH pode ser estimado usando indicadores como o tornassol, fenolftalena e etc. Porm, medidas precisas de pH em laboratrio so feitas utilizando-se um pHmtro possui um eletrdo especial de vidro que sensvel a [H+].

22


QUMICA CIDO-BASE

Molculas biolgicas possuem muitos grupos funcionais que agem como cidos ou bases.

Ex.: grupos carbonila e amino

Essas molculas influenciam o pH do meio aquoso externo e suas estruturas e reatividades so influenciadas pelo pH do ambiente.

23


CIDOS E BASES REFLETEM AS PROPRIEDADESDA GUA

Um cido pode doar um prton e uma base pode aceitar um prton. Acetato (receptor) CH3 COOpar cido-base conjugado

Ex.: cido actico (doador) CH3 COOH

Cada cido possui uma tendcia caracterstica de perder seu prton numa soluo aquosa. HAc + H2O H3O+ + Ac

frequentemente abreviada como HAc H+ + Acdoador receptor 24

Ex.: CH3 COOH H+ + CH3 COO-


CIDOS E BASES REFLETEM AS PROPRIEDADESDA GUACada cido possui uma tendncia caracterstica para perder seu prton em soluo aquosa. Quanto mais forte o cido maior a tendncia para perder seu prton. A tendncia de qualquer cido de perder seu prton e formar o seu conjugado base dada pela constante de equilbrio: HAc H+ + Ac

K= Constante de ionizao ou dissociao

[H+] [Ac-]

[HAc]Esta constante varia acordo com cada cido de25


CURVA DE TITULAO

Para determinar a concentrao de um cido em uma dada soluo podemos utilizar uma curva de titulao. Na curva de titulao: um volume definido de cido titulado com uma soluo de base (NaOH), de [ ] conhecida. O NaOH adicionado em pequenas quantidades at que o cido totalmente consumido (neutralizado). medida que se adiciona NaOH, o OH se combinar com o H+ formando H2O, logo [H+] e pH.Tem um momento em que a curva para de subir e a:

[doador de prton] = [Aceptor] ESTE o pK.

Quanto mais forte o cido < pK (perde seu prtonfacilmente)pK = = log 1 = - log Ka

kapH no qual [HA] = [A-] pH = pK26


CURVA DE TITULAO DO CIDO ACTICO

27


SOLUES TAMPO

Solues que contm um par cido-base conjugado fraco, podem resistir drasticamente s variaes de pH com a adio de pequenas quantidades de cido ou base forte.

28


SOLUES TAMPOSe a soluo for uma mistura de espcies diadoras e aceptoras de H+ (cido fraco + base conjugada ou base fraca + cido conjugada). O que acontecer com o valor de pH se adiciona-se H+ ou OH-?Espcie aceptora vai ligar o H+ espcies doadoras espcies doadoras vai liberar H+ que com OH- H2O

29


30


IMPORTNCIA DO EQUILBRIO CIDO BASEManuteno das estruturas das macromolculas Atividade cataltica das enzimas; Influncia direta no mecanismo de ao e toxicidade de medicamentos. Ex.: anestsicos em tecido inflamado no funciona pH aumentado. Diagnstico de doenas (sangue e urina). Ex.: plasma sanguneo do animal com diabetes menor que 7,4 (acidose).

31


TAMPO CIDO CARBNICO-BICARBONATO

DE

SDIO

32


ACIDOSE RESPIRATRIA

Causa imediata: Hipoventilao dos alvolos. Ventilao diminuda pela da respirao o que as trocas gasosas e ocorre no volume de excreo de CO2. Consequncia: Acmulo de CO2 no plasma. O sistema tampo fosfato age no citoplasma das clulas. O sistema tampo bicarbonato age na manuteno do plasma sanguneo. pH do plasma = 7,4 0,2 pH que 7,2 acidose [H+] no plasma pH que 7,4 alcalose [H+] no plasma

33


ACIDOSE

Os fluidos intra e extracelulares tendem a possuir um pH constante, pois todos os processos biolgicos so dependentes do pH. Bicarbonato de sdio: H2CO3 H+ + HCO3Assim se:

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3[CO2] desloca para a produo de HCO3- e [H+] e pH acidose

34


A acidose pode ser classificada em:

Aguda

Crnica

Casos onde h acidose respiratria aguda:Obstruo das vias respiratrias (resfriado);

Desordens neuromusculares. Ex.: miastenia muscular falncia do msculo respiratrio.

cansao

Doenas do sistema nervoso central alterao no centro respiratrio. Inalao de altas concentraes de CO2. Casos onde h acidose respiratria crnica:por anos tecido entre os alvolos destrudo reduz rea de trocas hipoventilao.35

Fumantes


ALCALOSECausa imediata: Hiperventilao dos alvolos. Aumenta a intensidade respiratrio. trocas e velocidade de excreo de CO2. Consequncia: Reduo da [CO2] no plasma.

H2CO3 H+ + HCO3Assim se: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3[CO2] desloca para a formao de mais CO2 e [H+] e pH alcalose36


ALCALOSEPossveis causas: Ansiedade; Doenas do SNC (leso no tronco cerebral que afeta o centro respiratrio). Envenenamento; Febre (hiperventilao na tentativa de a temperatura corporal). Ventilao artificial (respirador). Elevada altitude Presso atmosfrica [O2] frequencia respiratria (compensao).

37


ACIDOSE E ALCALOSE METABLICA:Relacionada a ingesto, produo ou eliminao de cido ou base.

Acidose metablica:

Ingesto de cidos orgnicos. Ex.: cido acetilsaliclico.

Eliminao de bases. Ex.: diarria severa HCO3eliminado do intestino. Produo de cidos em excesso. Ex.: lcera pptica.

Alcalose metablica:

Ingesto de bases em excesso. Ex.: anticidos.

Perda anormalidades de cidos. Ex.: vmito prolongado perda de suco gstrico.38

1- aula água e solução tampão (1)

Documents