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