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Bioquímica Humana

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BIOQUÍMICA 
HUMANA 
Talita Giacomet de Carvalho
 Água, pH e tampões
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Identificar as propriedades da água.
  Descrever a relação do pH com a acidez e a alcalinidade.
  Explicar qual é a função e como agem os tampões.
Introdução
A água é o principal constituinte dos organismos vivos e tem diversas 
funções importantes para a manutenção da vida. Ela está envolvida 
em praticamente todas as reações químicas da célula e tem ainda a 
capacidade de influenciar as interações entre as moléculas hidrofóbicas. 
A dissociação da água serve como base para entendermos os conceitos 
relacionados ao pH e à sua manutenção por soluções tampão.
Neste capítulo, você vai estudar as propriedades da água, o cálculo 
do pH de uma solução e sua relação com acidez e alcalinidade. Além 
disso, você vai aprender como funcionam as soluções tampão e qual a 
sua importância.
 Propriedades da água
A água é a substância mais abundante nos organismos vivos, compondo apro-
ximadamente 70% da massa da maioria deles. Todos os aspectos de estrutura 
e função das células estão adaptados às propriedades físicas e químicas da 
água. À temperatura e pressão ambiente, ela é um líquido que não apresenta 
sabor, cheiro e cor. Em temperaturas abaixo de 0 ºC ela solidifi ca, e acima de 
100 ºC ela passa para o estado gasoso.
A molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de 
oxigênio. As propriedades especiais que a água apresenta existem devido à 
maneira como estes átomos se ligam uns aos outros para formar uma molécula, 
e à maneira como estas moléculas interagem. Os átomos de hidrogênio e de 
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oxigênio estão ligados formando uma estrutura parecida com a de um tetraedro 
(ângulo de 104,5° entre os dois hidrogênios). O átomo de oxigênio forma uma 
ligação covalente com cada um dos átomos de hidrogênio, compartilhando 
com cada um deles um par de elétrons. Há ainda nessa estrutura um par de 
elétrons que não é compartilhado e que fica próximo ao oxigênio (Figura 
1A). O resultado dessa distribuição desigual de elétrons é que o átomo de 
oxigênio possui uma carga negativa parcial, e cada átomo de hidrogênio, uma 
carga positiva parcial. A água é, portanto, uma molécula polar. As atrações 
eletrostáticas entre as cargas negativas do átomo de oxigênio de uma molécula 
com as cargas positivas dos átomos de hidrogênio de outra molécula de água 
formam interações entre as moléculas, denominadas ligações de hidrogênio 
(Figura 1B). Esse tipo de interação acontece quando um hidrogênio com 
carga parcial positiva é atraído por um átomo eletronegativo (p. ex., F, O, N).
A natureza polar das moléculas de água e a forma como interagem com 
outras moléculas de água por ligações de hidrogênio são responsáveis pelas 
características incomuns da água. Apesar de as ligações de hidrogênio forma-
rem interações relativamente fracas quando comparadas às ligações covalentes, 
elas ocorrem em grande quantidade na água. Essas ligações de hidrogênio 
formadas entre as moléculas de água são constantemente rompidas, com novas 
interações sendo formadas entre outras moléculas. Entretanto, em uma amostra 
de água na forma líquida, a maioria das moléculas estará sempre interagindo 
com outras por estas ligações. Isso é o que dá à água a propriedade de coesão, 
quando as ligações de hidrogênio mantêm as moléculas muito próximas umas 
das outras. Devido à sua polaridade, a água também tem como propriedade 
a adesão, que é a capacidade de formar ligações de hidrogênio com outras 
moléculas polares e não interagir com moléculas apolares. Por exemplo, sobre 
uma superfície encerada, a água não se distribui igualmente e forma gotículas 
separadas, pois a cera é apolar.
As temperaturas de fusão e ebulição relativamente altas da água também 
são consequências dessas interações entre moléculas. Elas são resultantes 
da grande quantidade de energia térmica necessária para romper as ligações 
de hidrogênio. Além disso, a água possui um alto calor específico, que é a 
quantidade de calor necessária por unidade de massa para elevar sua tempe-
ratura em 1º C. A energia necessária para aumentar a temperatura da água em 
1 ºC é de 4,2 joules por grama (ou 1,0 cal/g. °C). A água também apresenta 
calor de vaporização elevado, o que significa que ela suporta grande quan-
tidade de calor sem que sua temperatura se eleve muito rapidamente. Essas 
características são importantes para os ecossistemas que vivem na água. Se a 
água congelasse ou entrasse em ebulição muito rápido, as mudanças no meio 
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ambiente seriam drásticas e, em oceanos ou lagos, todos os organismos que 
ali habitam morreriam. É também por causa do calor de vaporização elevado 
que o suor é capaz de resfriar nossos corpos.
A alta tensão superficial também é uma propriedade da água que é con-
sequência da sua polaridade e das ligações de hidrogênio. As moléculas de 
água na superfície de um líquido interagem com outras, e essas interações são 
tão fortes que conseguem suportar até objetos leves sem se desfazer. Alguns 
insetos conseguem caminhar sobre a água devido a essa tensão superficial. É 
isso que também faz pequenas quantidades de água permanecerem em gotas 
sobre uma superfície, em vez de se espalharem em finas camadas. Essas 
mesmas características dão à água outra de suas propriedades, a capilaridade. 
Ela permite que a água se mova dentro de raízes e galhos de plantas, e dentro 
de capilares muito finos. Isso acontece porque quando uma molécula de água 
se move para dentro das raízes, galhos ou capilares, ela “puxa” as outras que 
estão ligadas em sequência.
Outra característica muito importante da água é a dissolução, a capacidade 
de dissolver outros compostos polares ou iônicos para formar soluções aquosas. 
As ligações de hidrogênio não se formam somente entre moléculas de água, 
mas também com outras moléculas. Os íons negativos de uma substância 
em solução aquosa atraem as extremidades positivas das moléculas de água 
vizinhas, assim como os íons positivos atraem as extremidades negativas. 
Essas interações fazem com que os íons fiquem circundados por moléculas 
de água ligadas a eles, formando uma solução muito estável. Assim, as forças 
existentes entre os cátions e ânions do soluto (e que os mantêm associados em 
redes cristalinas) são substituídas pelas ligações de hidrogênio com a água, 
ocasionando a dissolução. 
O comportamento da água ao trocar de estado físico também é inco-
mum. Em geral as substâncias, incluindo a água, tornam-se menos densas 
quando são aquecidas e mais densas quando são resfriadas. Então, se a água 
é resfriada, torna-se mais densa e forma gelo. Entretanto, a água é uma das 
poucas substâncias cujo estado sólido pode flutuar no seu estado líquido. Isso 
acontece porque ela se torna cada vez mais densa até chegar a 4 °C; depois de 
atingir 4 °C, torna-se menos densa. Ao congelar, suas moléculas começam a 
se mover mais devagar, facilitando a formação de ligações de hidrogênio e, 
eventualmente, se organizam em uma estrutura hexagonal cristalina aberta. 
Devido a esta estrutura aberta, à medida que as moléculas de água estão sendo 
separadas, seu volume aumenta cerca de 9%. Portanto, a água é mais densa 
em estado líquido do que em estado sólido. Em estado gasoso as ligações de 
hidrogênio são rompidas e a densidade diminui (Figura 1).
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Figura 1. Representações da molécula de água. A água é representada em modelo de esfera 
e bastão: os átomos são representados por esferas ligadas por bastões, que representam as 
ligações covalentes entre os átomos. As linhas tracejadas representam os orbitais não ligantes. 
A: existe um arranjo quase tetraédrico dos pares de elétrons mais externos da camada ao 
redor do átomo de

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