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Água e sua importancia Biológica
(70 a 90% do peso)
1) Propriedades Físicas da Água
- Estrutura
- Efeito hidrofóbico
- Osmose e difusão
2) Propriedades Químicas da Água
- Ionização da Água
- Química Acido-base
- Tampões
Substância altamente reativa – não é um simples preenchedor de espaços
Estrutura molecular da água
Como é a distribuição de elétrons na molécula de
água segundo a regra do octeto de Lewis?
2 Hidrogênios e 1 Oxigênio
Distribuição de elétrons no oxigênio:
A TABELA PERIÓDICA indica número atômico 8.
Número atômico 8 <<>> 8 prótons No estado fundamental
temos, portanto, 8 elétrons
1s2 2s2 2p4 (6 elétrons na camada de valência)
Distribuição de elétrons no hidrogênio:
A TABELA PERIÓDICA indica número atômico 1.
Número atômico 1 <<>> 1 próton No estado fundamental
temos, portanto, 1 elétron
1s1 (1 elétron na camada de valência)
Modelo para a molécula ??? >> regra do octeto >>
Primeiro modelo para a molécula de água
Pense: O momento de dipolo da água é diferente de zero; uma
estrutura linear seria compatível com isso?
Estrutura molecular da água
Dipolo elétricoEletricamente neutra
4,5 Kcal/mol)
110 Kcal/mol)
Há distorções na
formas geométricas
em muitas moléculas
conhecidas
elétrons da camada de
valência que ocupam
um espaço onde não
ocorre o
compartilhamento
com outros átomos
tendem a ser mais
volumosos,
ocasionando a
distorção na molécula
A estrutura da água no gelocristal formado por ligações de H
O gelo possui 15% a
mais de ligações de
hidrogênio que a água
No gelo, a presença de muitas
ligaçoes de hidrogênio deixa a
estrutura expandida e
bastante porosa.
A densidade do gelo é menor
que da água
Algumas ligações de hidrogênio de importancia biológica
Forças de ligações encontradas
em bioquimica
Tipo de ligação Força
(kcal/mol)
Covalente (C-H) 105
Covalente (O-H) Interações ionicas 110
Ion dipolo 1-20
Ligações de hidrogenio 5
Interações de van der Waals 5
Propriedades solventes da águaa força de atração entre dois ions é inversamente proporcional ao
valor da constante dielétrica do solvente
Os solventes polares enfraquecem as forcas de atração entre ions
de cargas opostas, mantendo-os separados
Constante dielétrica F= e1e2 / Dr2
DH2O = 80
D etanol = 24
D hexano =1,9
a força de atração do NaCl na água é cerca de 43
vezes menor do que em hexano
Efeito dissociador
Camada de solvatação
Interaçoes com moleculas apolares
Ex. Agua e lipídeos
Por que essas moleculas são
soluveis em água?
Osmose – movimento passivo de solvente
Diálise – movimento de solutos
Solutos menores que o tamanho dos poros da membrana
de diálise passam livremente
Util para separar moleculas grandes (proteinas, acidos
nucleicos de moleculas pequenas)
Membrana
de celofane
solvente
solução a
ser dialisada
Resumo aula anterior
1) O que são ácidos e bases?
2) O que significa algo ser ácido ou básico?
IONIZAÇÃO DA AGUA E DE ACIDOS E BASES FRACAS
Propriedades químicas da Agua
A- Ionização da Agua
H2O →
H+ + OH-
Keq = [H+] [OH-] / [H2O]
Keq = [H+] [OH-]/55,5
Keq.55,5=Kw = [H+] [OH-]
Kw é o produto iônico da
água a 25 oC
1000g/L = 55g/mol
18 g/mol
Agua pura: concentração de H2O
M= m
PM. v(L)
Cte equilibrio da água - 1,8 10 -16
1,8 10 -16. (55,5) = [H+] [OH-]
Kw = [H+] [OH-]
1,8 10 -16. (55,5) = Kw
Kw= 10 -14 M2
Agua pura - [H+] = [OH-]
A concentração de ions hidrogênio produzidos pela
dissociação da agua pura é de 1 x 10 -7 M
Medindo a concentração de ions hidrogênio e expressando em
termos de pH
pH = -log [H+]
Responda:
1) Qual a concentração
de H+ em uma solução
0,1 M de NaOH?
Sangue humano é
levemente básico
[H+]= 4 x 10-8 M
pH = -log [H+]
1) Por que queremos conhecer o pH?
Como podemos medir a
força de um ácido?
Ka = [H+] [A-]
[HA]
Ka é constante
Acidos e bases : fortes ou fracas
Como diferenciar?
1) o que ocorre se adicionarmos H+ ?
2) e se colocarmos OH-?
A força de um ácido é
especificada por sua
constante de dissociação
Colocar Ka em notação logaritmica
-log Ka = - log [H+] [A-] / [HA]
pH = pKa + log [A-] / [HA]
(eq. de Henderson Hasselbach)
Ka = [H+] [A-]
[HA]
Titulação de ácido/base forte Titulação de ácido/base fraca
Faixa de tamponamento
Tampão – toda solução que impede variações bruscas
de pH em determinada faixa, quando é adicionado
acido ou base ao meio.
Aplique seu conhecimento:
Calcule as quantidades relativas de acido acético (ka=1,76
x 10-5) e ion acetato presentes quando 1 mol de ácido
acetico é titulado com hidróxido de sodio.
a)0,1 mol de NaOH é adicionado;
b)0,3 mol de NaOH é adicionado
c)0,5 mol de NaOH é adicionado
d)0,7 mol de NaOH é adicionado
e)0,9 mol de NaOH é adicionado
Efeito do pH na atividade de algumas enzimas
Tampões
1. Como os tampões funcionam?
2. O que acontece quando adicionamos 1 ml de HCl 0,1 M a
99 ml de água? E se for 1ml de NaOH 0,1 M?
HCl → H3O+ + Cl-
1 ml = 10-3 L 10-3 L x 0,1M = 10-4 moles10-4 moles/ 0,1 L = 10-3 M
pH = -log [H+] = 3
NaOH <--> Na+ + OH-
H3O+ = 10-14/10-3
H3O+ = 10-11
pH - 11
Se em vez de água utilizássemos tampão fosfato pH 7?
Resoluçao:
pH=7; pka= 7,2
[HPO4-2] [H+] [H2PO4
-]
Antes da adiçao de HCl 0,063 1 X 10 -7 0,1
HCl adicionado 0,063 1 X 10 -3 0,1
Depois do HCl reagir 0,062 ? 0,101
pH = pKa + log HPO4-2]
[H2PO4-]
pH = 7,2 + log 0,062
0,101
pH = 6,99
Pense:
1)Como escolhemos um tampão?
2)Como preparamos tampões em laboratório?
3)Os tampões estão presentes nos organismos vivos?
Responda:
1) Qual a massa, em gramas, de NaH2PO4
(PM=138,01) e Na2HPO4 (PM=141,98) necessário
para se obter 1 l de uma solução tampão com pH 7,0
(pk=6,86) e concentração total de fosfato 0,1 M?
2)Deseja-se preparar um tampão de ácido bórico 0,2 M com
pH 9,0. Que quantidades de ácido bórico e de borato de sódio
seriam necessárias para o preparo de 1 litro desta solução?
Dispõe-se de H3BO3 (PM=61,8) e NA3BO3 (PM=127,8) e
sabe-se que o pKa do ácido bórico é igual a 9,24.
3) Calcule os valores apropriados e desenhe a curva de
titulação de 500 ml de um ácido fraco HA 0,1 M (Ka = 10-5)
com KOH 0,1 M
Fluidos intra e extra celulares dos organismos vivos
1) Tampão intracelular – fosfato pk’- 7,2 (H2PO4/ HPO4-2 )
2)Tampão extracelular – bicarbonato pK’- 6,37(H2CO3/HCO3-)
(sangue e fluido intersticial)
3) Histidina (pk’-6,0) - hemoglobina
Tampões biológicos
O aminoácido HISTIDINA, um componente de proteínas, é um
ácido fraco (pKa = 6,0) com poder tamponante nos sistemas
biológicos
Tamponamento do sangue pH 7,4 - sistema tampão
bicarbonato
Anidrase carbônica
(20)
(1)
SOLUÇÕES AQUOSAS E QUÍMICA ÁCIDO-BASE
PREPARO DE SOLUÇÕES
A- Concentrações baseadas no volume
Molaridade (M) = m/ PM. V (l)
Normalidade (N) = m/ PE. V (l)
Porcentagem peso/volume (%p/v) =
Força iônica – Mede a concentração de cargas em solução
=1/2 MiZi2
B-Concentrações baseadas no peso
Porcentagem peso/peso (%p/p) =
= densidade =peso por unidade de volume
C- Concentração baseada no grau de saturação
Porcentagem de Saturação = concentração do sal em solução
como uma porcentagem da concentração máxima possível a uma
dada temperatura
Exemplos
1) Quantos gramas de NaOH sólido são necessários para
preparar 500 ml de uma solução 0,04M? Exprimir a
concentração desta solução em termos de N, g/l, %p/v,
mg%.
2) Quantos mililitros de H2SO4 5 M são necessários para
preparar 1500 ml de uma solução H2SO4 0,002 M?
3) Qual a força iônica de uma solução de Fe2(SO4)3 0,02
M.
4) Descreva a preparação de 2 litros de HCl 0,4 M
iniciando com uma solução concentrada de HCl (HCl
28% p/p, Densidade-1,15).
5) Qual a concentração do íon H+, o pH a concentração de
OH- e o pOH de uma solução 0,001 M de HCl?
6) O ácido fraco HA está 0,1% dissociado numa solução
0,2M. a) qual é a constante de equilíbrio para a
dissociação do ácido (Ka)? Qual é o pH da solução?
7) Calcular o pH do tampão fosfato preparado pela
mistura de 0,05 moles de K2HPO4 e 0,05 moles de
KH2PO4 em 1 litro de solução. O pKa2 do ácido fosfórico
é 6,8.
8) Qual a massa, em gramas, de NaH2PO4 (PM=138,01) e
Na2HPO4 (PM=141,98) necessário para se obter 1 l de
uma solução tampão com pH 7,0 (pk=6,86) e
concentração total de fosfato 0,1 M?
9) Deseja-se preparar um tampão de ácido bórico 0,2 M
com pH 9,0. Que quantidades de ácido bórico e de borato
de sódio seriam necessárias para o preparo de 1 litro desta
solução?
Dispõe-se de H3BO3 (PM=61,8) e NA3BO3 (PM=127,8)
e sabe-se que o pKa do ácido bórico é igual a 9,24.
10) Calcule os valores apropriados e desenhe a curva de
titulação de 500 ml de um ácido fraco HA com KOH 0,1
M, Ka = 10-5
BIBLIOGRAFIA
• [1] cap 2 p. 28-38
• [2] cap 2 p 22-38