UNIVERSIDADE ESTCIO DE S

Relatrio de BioqumicaPrtica 03 Determinao de pH e comprovao do efeito tampo

Dbora Peixoto - 201101217235 Lidiana - Rebeca Alves - 201001223497Telma Vieira - 201102176761

MacaAgosto/ 2013

NDICE: Pg.: 1. INTRODUO..............................................................................................................32. OBJETIVO DO EXPERIMENTO .................................................................................33. EXPERIMENTOS..........................................................................................................73.1) Material e Reagentes Utilizados.........................................................................83.2) Descrio Experimental..........................................................................................83.3) Resultados ...............................................................................................................84. CONCLUSO................................................................................................................95. REFERNCIA BIBLIOGRFICA..............................................................................10

DETERMINAO DO pH E COMPROVAO DO EFEITO TAMPO

1. INTRODUO:HistricoO conceito original de ao tamponante surgiu de estudos bioqumicos e da necessidade do controle do pH em diversos aspectos da pesquisa biolgica, como por exemplo em estudos com enzimas que tm sua atividade cataltica muito sensvel a variaes de pH. Neste contexto, em 1900, Fernbach e Hubert, em seus estudos com a enzima amilase, descobriram que uma soluo de cido fosfrico parcialmente neutralizado agia como uma proteo contra mudanas abruptas na acidez e alcalinidade. Esta resistncia mudana na concentrao hidrogeninica livre de uma soluo foi ento descrita por estes pesquisadores como ao tamponante (do ingls buffering). Seguindo esta constatao, em 1904, Fels mostrou que o uso de misturas de cidos fracos com seus sais (ou de bases fracas com seus sais) permitia a obteno de solues cuja acidez (ou basicidade) no era alterada pela presena de traos de impurezas cidas ou bsicas na gua ou nos sais utilizados na sua preparao, em decorrncia de dificuldades experimentais tais como a ausncia de reagentes e de gua com elevado grau de pureza.O conceito de pH foi introduzido por Srensen em 1909, com o intuito de quantificar os valores de acidez e basicidade de uma soluo. Ainda neste ano, Henderson apontou o papel fundamental do on bicarbonato (monoidrogenocarbonato, segundo a IUPAC) na manuteno da concentrao hidrogeninica do sangue, a qual podia ser definida pela equao:[H+] = K [H2CO3]/[HCO3] - (1)onde K a constante de equilbrio da reao da primeira ionizao do cido carbnico (H2CO3). Esta constante K a constante de equilbrio qumico a uma dada temperatura e fornece uma maneira de descrever quantitativamente os equilbrios. K representa o quociente dos diferentes valores de concentrao das espcies, o qual tem um valor, constante no equilbrio, independente da concentrao das espcies, mas dependente da temperatura. Esta constante para a temperatura corporal (37 C) diferente da padro, para 25 C, geralmente tabelada.Segundo estes estudos, a um acrscimo de cido carbnico (ou outros cidos, como o ltico) na circulao, segue-se uma diminuio do pH sanguneo, a menos que ocorra uma elevao proporcional de bicarbonato, de modo a manter constante a razo [H2CO3]/[HCO3].Em 1916, Hasselbach colocou em forma logartmica a equao de Henderson, simplificando a sua aplicabilidade na rea clnica:

pH = pK + log ([HCO3]/[H2CO3]) - (2)

Tampes de ocorrncia natural e industrial: contextualizao

Quase todos os processos biolgicos so dependentes do pH; uma pequena variao na acidez produz uma grande variao na velocidade da maioria destes processos. O pH do sangue de mamferos um reflexo do estado do balano cido-base do corpo. Em condies normais, o pH mantido entre 7,35 e 7,45 devido a uma srie de mecanismos complexos que compreendem produo, tamponamento e eliminao de cidos pelo corpo (Perrin e Dempsey, 1974). Um papel importante neste equilbrio desempenhado por sistemas inorgnicos, tais como H2PO4/HPO42, CO2/H2CO3/ HCO3, e grupos orgnicos cidos e bsicos, principalmente de protenas. Uma diminuio (acidose) ou aumento (alcalose) do pH do sangue pode causar srios problemas e at mesmo ser fatal. A acidose metablica a forma mais frequentemente observada entre os distrbios do equilbrio cido-base. Pode ser causada por diabetes grave, insuficincia renal, perda de bicarbonato por diarreia e hipoxia ou isquemia, durante, por exemplo, exerccio fsico intenso. Uma compensao natural da acidose metablica pelo corpo o aumento da taxa de respirao, fazendo com que mais CO2 seja expirado. Tecidos vivos de plantas tambm so tamponados, embora menos intensamente. O pH normal em tecidos vegetais varia entre 4,0 e 6,2. Nestes tecidos, os principais tampes so fosfatos, carbonatos e cidos orgnicos, como o mlico, ctrico, oxlico, tartrico e alguns aminocidos. Dentre os fluidos biolgicos, a saliva tambm constitui uma soluo tampo, com a funo de neutralizar os cidos presentes na boca, evitando o desenvolvimento de bactrias que formam a placa bacteriana. O pH normal da saliva varia entre 6,4 e 6,9 no intervalo entre as refeies e de 7,0 a 7,3 enquanto comemos.A capacidade tamponante em sistemas biogeoqumicos pode ser fator decisivo em impactos ambientais. Um estudo interessante sobre o impacto da chuva cida sobre lagos da regio das Montanhas Adirondack, rea de Nova Iorque, revelou que lagos sobre reas ricas em calcrio so menos suscetveis a acidificao devido considervel capacidade tamponante das guas destes lagos (Skoog et al., 1996; Wright e Gjessing, 1976). O carbonato de clcio presente no solo destas regies reage com os ons hidrnio presentes na gua, provenientes em grande parte da chuva cida:CaCO3(s) + H3O+(aq) Ca2+(aq) + HCO3 -(aq) + H2O(l) - (3)

levando formao de um sistema tampo HCO3 -/H2CO3/CO2.

O solo tambm age como um tampo e resiste s mudanas em pH, mas a sua capacidade tamponante depende do seu tipo. Tal propriedade advm da capacidade de trocar ctions com o meio. Esta troca o mecanismo pelo qual K+, Ca2+, Mg2+ e metais essenciais, a nveis de trao, so disponibilizados s plantas. O processo de absoro de ons metlicos do solo pelas razes das plantas e sua consequente troca por ons H+, aliado lixiviao de clcio, magnsio e outros ons do solo por gua contendo cido carbnico, tende a tornar cido o solo (Manahan, 1994):

Ca2+ + 2CO2 + 2H2O (H+)2 + Ca2+(raiz) + 2HCO3 - (4)

O balano de H+ no solo (produo atravs das razes contra o consumo pelo intemperismo) delicado e pode ser afetado pela deposio cida. Se a taxa de intemperismo iguala-se ou excede a taxa de liberao de H+ pelas plantas, como seria o caso de um solo calcreo, o solo manter um tampo em ctions bsicos (Ca2+, K+, NH4+, Al3+) e alcalinidade residual (HCO3 -, H2PO4 etc.). Por outro lado, em solos cidos, a taxa de liberao de H+ pelas plantas pode exceder a taxa de consumo de H+ pelo intemperismo e causar uma acidificao progressiva do solo (Stumm, 1992; Stumm e Schnoor, 1995).Na indstria de alimentos, alguns cidos e bases (cido ctrico, cido adpico, bicarbonato de sdio, cido ltico, tartarato cido de potssio, cido fosfrico) so usados como agentes de processamento para o controle da acidez e alcalinidade de muitos produtos alimentcios. Dependendo da quantidade desses aditivos e da acidez ou alcalinidade do alimento antes da adio destes compostos, pode ocorrer a formao de sistemas tampes ou estes simplesmente funcionam como agentes neutralizantes. Estes tipos de aditivos so usados em gelatinas, fermento, processamento de queijo e em bebidas refrigerantes (Snyder, 1995).Em alguns casos, a prpria soluo tampo (cido ltico/lactato de sdio) adicionada ao alimento, com a funo de agente conservante, evitando a deteriorao por bactrias e outros microrganismos (Zeitoun e Debevere, 1992). Neste caso, as substncias do tampo so utilizadas como agentes antimicrobiais mantendo o alimento com o pH baixo e consequentemente evitando o desenvolvimento de microrganismos, como fungos e bactrias.

Soluo tampo: definio contempornea

Hoje, o conceito de tampo aplicado nas diversas reas do conhecimento. Bioqumicos utilizam tampes devido s propriedades de qualquer sistema biolgico ser dependente do pH; alm disso, em qumica analtica e industrial, o controle adequado do pH pode ser essencial na determinao das extenses de reaes de precipitao e de eletrodeposio de metais, na efetividade de separaes qumicas, nas snteses qumicas em geral e no controle de mecanismos de oxidao e reaes eletrdicas.Uma definio mais abrangente foi apresentada, recentemente, por Harris (1999): uma soluo tamponada resiste a mudanas de pH quando cidos ou bases so adicionados ou quando uma diluio ocorre.Embora haja outros tipos de soluo tampo, estas solues so constitudas geralmente de uma mistura de um cido fraco e sua base conjugada (exemplo: cido actico e acetato de sdio), ou da mistura de uma base fraca e seu cido conjugado (exemplo: amnia e cloreto de amnio).

Soluo tampo: equilbrio qumico e princpio de Le Chatelier

Uma soluo tampo pode ser preparada misturando-se uma soluo de cido fraco com uma soluo do seu sal (base conjugada). Analisemos o que ocorre, em termos de equilbrio qumico, aps esta mistura. Quando misturamos A mols de cido fraco (ou de base fraca) com B mols de sua base conjugada (ou de cido conjugado), a quantidade de matria do cido (ou base) permanecer, no equilbrio qumico, prximo de A e a quantidade de matria da base conjugada (ou cido conjugado) prximo de B.Para entender porque isto ocorre desta forma, analisemos como exemplo as reaes de ionizao de um cido fraco e de hidrlise de sua base conjugada em termos do princpio de Le Chatelier.Considera-se um cido fraco (ex.: cido actico, HAc, com Ka = 1,74 x 10-5) e sua base conjugada (ex.: on acetato, Ac com Kh = Kb = Kw/Ka = 5,75 x 1010). O baixo valor de Ka equivale a dizer que quando se prepara uma soluo 02 mol L1 de cido actico a 25 C, para cada 1000 molculas de cido actico, apenas 9 esto ionizadas de acordo com a reao abaixo:HAc(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Ac(aq) - (5)Ka = 1,74 x 105

Portanto, o cido actico ioniza-se muito pouco, e a adio de um sal de acetato soluo far com que a ionizao do cido actico seja ainda menor, devido ao efeito do on comum (acetato), que deslocar o equilbrio de dissociao do cido actico no sentido de formao do mesmo, e no da ionizao. O mesmo raciocnio pode ser aplicado para o on acetato (Ac), quando se prepara uma soluo 010 mol L-1 destes ons. Nestas condies, devido ao baixo valor de sua constante de hidrlise (Kh), a soluo apresenta 75 nions Ac- hidrolisados para cada 10000 nions Ac- em soluo, a 25 C, de acordo com a reao:Ac(aq) + H2O(l) HAc(aq) + OH(aq) - (6)Ka=5,75 x 1010Similarmente, o on acetato reage muito pouco com a gua e a adio de cido actico far com que o acetato reaja ainda menos devido ao deslocamento da reao de hidrlise no sentido de formao do acetato, ou seja, reprimindo a hidrlise. Portanto, se, por exemplo, 10 mols de acetato de sdio + 02 mol de cido actico forem dissolvidos em 1L de gua, a soluo resultante apresentar aproximadamente uma concentrao de 10 mol L1 de acetato de sdio e 02 mol L1 de cido actico em equilbrio qumico na soluo.

pH de uma soluo tampo

O pH de uma soluo tampo pode ser estimado pela equao de Henderson-Hasselbalch, que uma forma rearranjada da expresso de equilbrio de ionizao de um cido fraco (HA) ou de hidrlise de um cido conjugado (BH+) de uma base fraca (B). Respectivamente, representamos os equilbrios qumicos destas solues tampo pelas equaes qumicas:HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A(aq) - (7)BH+(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + B(aq) - (8)E pelas suas respectivas constantes de equilbrio:

Rearranjando as expresses anteriores, temos as concentraes hidrogeninicas definidas como:

Aplicando o logaritmo negativo em ambos os lados, temos:

Aplicando a definio de pH, obtemos finalmente a equao de Henderson-Hasselbalch para os dois tipos de solues tampo:

Estas expresses fornecem o pH de uma soluo tampo, sabendo-se a razo entre as concentraes da espcie cida (cido fraco, HA, ou cido conjugado de uma base fraca, BH+) e da espcie bsica (base conjugada de um cido fraco, A, ou base fraca, B).Pode-se estimar, por exemplo, o pH do sangue em uma situao de acidose respiratria descompensada, atravs das concentraes em equilbrio, de HCO3 e H2CO3 (resultante da associao de gs carbnico e gua em plasma sangneo). Nestas condies, o plasma sangneo apresenta 0027 mol L1 de HCO3 e 00025 mol L1 de H2CO3 (DEF, 2000/2001). Aplicandose estes valores na equao:

Tem-se que a espcie bsica, representada por A corresponde neste caso ao on HCO3 e a espcie cida representada por HA refere-se ao H2CO3. Uma vez que o valor de Ka (constante de dissociao do cido) de 4,45 x 10-7, pKa = -log Ka = 6,10, temperatura corporal. Finalmente, substituindo-se os valores citados na equao apresentada, teremos que o pH do sangue no caso apresentado 7,13, tpico caso de acidose. importante enfatizar que no caso da ionizao da espcie cida (HA ou HB+), pKa = -log Ka, e no caso do cido conjugado de base fraca (HB+), Ka = Kw/Kb; conseqentemente, pKa = pKw - pKb, e Kb refere-se ionizao de uma base fraca B. Assim, para um tampo NH3/NH4Cl, a espcie bsica representada por B corresponde NH3 e seu cido conjugado representado por BH+ corresponde ao ction NH4+ oriundo do sal de cloreto. Sabendo-se que o pKb da base NH3 igual a 4,76, podemos concluir que o pKa do seu cido conjugado NH4+ igual a pKw - pKb, que a 25 C equivale a 14,00 - 4,76 = 9,24.Considerando uma soluo tampo NH3 /NH4Cl, em que ambas as espcies tm concentrao de 010 mol L1, pode-se calcular o pH desta soluo de acordo com a equao abaixo:

Lembrando-se que [B] = [NH3] = 010 mol L1, que [BH+] = [NH4+] = 010 mol L1, e que pKa do on amnio 9,24, como obtido anteriormente, teremos o valor de pH desta soluo tampo: pH = 9,24 + log 1 = 9,24.Verifica-se que quando a razo entre as espcies bsica e cida igual a 1, o pH da soluo tampo idntico ao pKa, e quando a razo menor ou maior que 1, o pH , respectivamente, menor ou maior que o pKa.

A capacidade de uma soluo tamponante

A capacidade tamponante de uma soluo tampo , qualitativamente, a habilidade desta soluo de resistir a mudanas de pH frente a adies de um cido ou de uma base. Quantitativamente, a capacidade tampo de uma soluo definida como a quantidade de matria de um cido forte ou uma base forte necessria para que 1,00 L de soluo tampo apresente uma mudana de uma unidade no pH (Skoog et al., 1996).Esta habilidade em evitar uma mudana significativa no pH diretamente relacionada concentrao total das espcies do tampo (cidas e bsicas), assim como razo destas. verificado que um tampo mais efetivo a mudanas no pH quando seu pH igual ao pKa, ou seja, quando as concentraes das espcies cida e bsica so iguais. A regio de pH til de um tampo usualmente considerada como sendo de pH = pKa 1.A razo fundamental de uma soluo tampo resistir a mudanas de pH resulta do fato de que ons hidroxnio ou hidroxila quando adicionados a este tipo de soluo, reagem quantitativamente com as espcies bsicas e cidas presentes, originando o cido fraco e a base fraca, respectivamente.Intuitivamente, fcil constatar que quanto maior a concentrao das espcies do tampo, maior ser a quantidade de ons hidroxnio ou ons hidroxila necessrios para a converso completa dessas espcies a cidos fracos e bases fracas. Ao final desta converso, a razo entre a espcie predominante e a de menor quantidade do tampo torna-se elevada e a soluo deixa de ser um tampo.Cabe salientar que para o entendimento do conceito de soluo tampo necessrio o conhecimento do conceito de cido e base de Brnsted- Lowry.

2. OBJETIVO DO EXPERIMENTO:

Determinar o pH de solues pelo mtodo colorimtrico utilizando-se o indicador universal, observar o efeito e preparao de uma soluo tampo.

3. EXPERIMENTO:

3.1) Materiais e Reagentes Utilizados Soluo de cido actico 4% Hidrxido de Sdio 03 Erlenmeyer 500ml 04 Bechers de 50 ml Extrato hidro alcolico de repolho roxo Soluo de HCl 0,1 mol L-1 Soluo de NaOH 0,1 mol L-1 04 Pipetas Balana Analtica Papel indicador de pH Basto de vidro gua destilada

Descrio Experimental

Experimento 1 - Preparo de solues tampo que sero utilizadas no experimento 3.

Soluo Tampo 1:A soluo Tampo 1, com 200ml de c. Actico e com 2,7g de Hidrxido de Sdio, foi preparada pela tcnica do laboratrio da faculdade Estcio de S.Preparou-se as seguintes diluies a partir desta soluo citada acima:Soluo Tampo 2:Retirou-se 10 ml da Soluo Tampo 1, que foi colocada em um bquer e adicionou-se 100ml de gua destilada.Soluo Tampo 3:Retirou-se 1ml da Soluo Tampo 1, onde foi colocada em um bquer e adicionou-se 100ml de gua destilada. Soluo Tampo 4:Retirou-se 0,1ml da Soluo Tampo 1, onde foi colocada em um bquer e adicionou-se 100ml de gua destilada.

Experimento 2 - Soluo de Repolho RoxoUtilizou-se uma soluo de repolho roxo, preparada com repolho roxo e lcool feita pelo professor da disciplina.

Em trs bqueres distintos adicionou-se 20ml da soluo de repolho roxo. No bquer de n1 adicionou-se 30 gts de HCl 0,1 mo, aps feito isso, usou-se a fita universal para medir o pH. Foi encontrado aproximadamente o pH 5. A soluo ficou com uma cor rsea.No bquer de n2 foi deixada apenas os 20ml da soluo do repolho roxo, essa serviu como soluo de controle ou comparao.No bquer de n3 adicionou-se 30 gts de NaOH 0,1 mol, aps feito isso, usou-se a fita universal para medir o pH. Foi encontrado aproximadamente o pH 8. A soluo ficou com uma cor verde.

DiscussoOs cidos e as bases tem a capacidade de mudar a colorao de certos vegetais, por isso utilizamos o extrato de repolho roxo para observar essa mudana.Com este experimento foi observado que de acordo com as solues de cido e base acrescentadas a soluo de repolho roxo, teve alterao em seu pH e conseqentemente em sua cor. Por ocorrer essa diferena de cores devido a alterao do pH, podemos chamar a soluo de repolho roxo de um indicador cido/base.

Experimento 3 - Solues Tampo

Soluo Tampo 2Adicionou-se em trs bqueres distintos 20ml da Soluo Tampo de n2.No bquer de n1 adicionou-se 30 gotas de HCl 0,1 mol.No bquer de n2, no foi adicionado nada, esse serviu como controle para o experimento.No bquer de n3 adicionou-se 30 gts de NaOH 0,1 mol.

Soluo Tampo 3Adicionou-se em trs bqueres distintos 20ml da Soluo Tampo de n3.No bquer de n1 adicionou-se 30 gotas de HCl 0,1 mol.No bquer de n2, no foi adicionado nada, esse serviu como controle para o experimento.No bquer de n3 adicionou-se 30 gts de NaOH 0,1 mol.

Soluo Tampo 4Adicionou-se em trs bqueres distintos 20ml da Soluo Tampo de n4.No bquer de n1 adicionou-se 30 gotas de HCl 0,1 mol.No bquer de n2, no foi adicionado nada, esse serviu como controle para o experimento.No bquer de n3 adicionou-se 30 gts de NaOH 0,1 mol.

Resultados e Discusses Um tampo sempre contm duas partes, de modo que ele possa neutralizar tanto um cido quanto uma base. De acordo com o princpio de equilbrio de Le Chatelier, quando um cido ou base adicionado, o equilbrio deslocado, fazendo com que a soluo permanea em relativa neutralidade.

Resposta da questo 1 A concentrao de uma soluo tampo deve ser relativamente alta, pelo menos significativamente mais alta que a concentrao do cido ou da base que sero adicionados, pois deve existir cido e base tamponante em quantidade suficiente para neutralizar o cido ou a base a ela adicionada. Se for adicionado a soluo cidos e bases de concentrao maior ao da soluo haver variao considervel de pH, visto que no haver quantidade suficiente de tampo para neutralizao.

4. CONCLUSONa teoria concluiu-se que na soluo tampo 2 no becher 1 com a adio do cido HCl e no bcher 3 com a adio da base NaOH no haveria uma grande variao, na soluo tampo 3 no bcher 1 com adio de cido e no bcher 3 com adio de base haveria uma pequena variao, e na soluo tampo 4, no becher 1 com adio de cido e no becher 3 com adio de base, haveria uma variao maior. Em todos os casos o becher 2 no teria variao porque ele foi utilizado como controle, com isso, verificou-se que quanto menor a concentrao de cido actico com NaOH , maior a variao de pH. Porm, foi verificado erros experimentais na preparao da soluo tampo 1, o que desordenou todo o experimento. A soluo tampo 1 deveria ser bsica e estava cida. A soluo tampo deveria ter sido preparada com 8 mols de cido actico mas foi feita com 1,8 mol do mesmo, por este motivo o pH no variou experimentalmente como ele varia teoricamente.

5. REFERNCIA BIBLIOGRFICADEF 2000/2001. Dicionrio de especialidades farmacuticas. Jornal Brasileiro de Medicina (Eds.). So Paulo: Editora de Publicaes Cientficas, 2000. p. 1150.HARRIS, D.C. Quantitative chemical analysis. 5 ed. Nova Iorque: W.H. Freeman, 1999. p. 222-233.LEHNINGER, A.L.; NELSON, D.L. e COX, M.M. Princpios de bioqumica. 2 ed. Trad. A.A. Simes e W.R.N. Lodi. So Paulo: Sarvier, 1995. p. 71-72.MANAHAN, S.E. Environmental chemistry. 6 ed. Boca Raton: Lewis Publishers, 1994. p. 463-465.PERRIN, D.D. e DEMPSEY, B. Buffer for pH and metal ion control. Londres: Chapman and Hall, 1974.SKOOG, D.A.; WEST, D.M. e HOLLER, F.J. Fundamentals of analytical chemistry. 7 ed. Fort Worth: Saunders College, 1996. p. 205-209.SNYDER, C.H. The extraordinary chemistry of ordinary things. 2 ed. Nova Iorque: John Wiley & Sons, 1995. p. 512-524.STUMM, W. Chemistry of the solid-water interface. Nova Iorque: John Wiley & Sons, 1992. p. 189-191.STUMM, W. e SCHNOOR, J. Atmospheric depositions: impacts of acids on lakes. IN: Physics and chemistry of lakes. 2 ed. LERMAN, A.; IMBODEN, D.M.; GAT, J.R. (eds.). Heidelberg: Springer-Verlag, 1995. p. 194-196, 200-202.WRIGHT, R.F. e GJESSING, E.T. Acid precipitation: changes in the chemical composition of lakes. Ambio, v. 5, p. 219, 1976.ZEITOUN, A.A.M. e DEBEVERE, J.M. Decontamination with lactic-acid sodium lactate buffer in combination with modified atmosphere packaging effects on the shelf-live of fresh poultry. International Journal of Food Microbiology, v. 16, n. 2, 1992, p. 89.

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