Propriedades microscópicas da água

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Revisão de conceitos BÁSICOS 
ÁTOMO  A matéria é formada por combinações de elementos; ▫
A menor partícula de um elemento que ainda retém as propriedades 
características desse elemento é o ÁTOMO
O átomo é formado por um núcleo rodeado por uma nuvem de elétrons •
▫
ESTRUTURA 
DO ÁTOMO 
 Cada átomo tem, em sua região central, um núcleo denso que é rodeado, a uma 
certa distância, por uma nuvem de elétrons (carga -), os quais são mantidos nessa 
nuvem ao redor do núcleo por atração eletrostática. O núcleo é constituído por 
prótons (carga +) e nêutrons (eletricamente neutros).
▫
ÁTOMO ELETRICAMENTE NEUTRO: o no de elétrons (-) que rodeiam o núcleo é 
igual ao no de prótons (+) que estão contidos no núcleo. Logo, o no de elétrons = 
número atômico (Z).
▫
▫
REATIVIDADE 
QUÍMICA DOS 
ELEMENTOS 

▫
Todos os átomos presentes nos seres vivos possuem a camada mais externa 
preenchida incompletamente e são capazes de reagir com algum outro átomo 
para formarem MOLÉCULAS.
▫
GASES 
NOBRES
 Na natureza, apenas os gases nobres não combinam entre si ou com outros 
elementos, aparecendo na forma de átomos isolados.
▫
Átomos de gases nobres apresentam 8 elétrons na última camada (com exceção 
do hélio - com 2 elétrons na camada K). - REGRA DO OCTETO
▫
▫
Propriedades microscópicas da água
sábado, 3 de junho de 2023 20:23
 Página 1 de BIOFÍSICA 
ÍONS São átomos que apresentam a capacidade de ganhar ou perder elétrons, formando 
novos sistemas, eletricamente carregados.
Ao ganhar ou perder elétrons originam dois tipos de íons
ÍONS POSITIVOS - CÁTIONS ○
ÍONS NEGATIVOS - ÂNIONS ○
•
▫
Íons inorgânicos pequenos como Na+, Cl-, K+ e Ca2+ desempenham papéis 
importantes em vários processos biológicos, incluindo a atividade elétrica das 
células nervosas 
▫
ÍONS 
POSITIVOS 
(CÁTIONS)
 CÁTIONS: formam-se quando um átomo perde um ou mais elétrons, resultando 
em um sistema eletricamente positivo, em que o no de prótons > no de elétrons.
▫
ÍONS 
NEGATIVOS 
(ÂNIONS)
 ÂNIONS: formam-se quando um átomo ganha um ou mais elétrons, resultando 
em um sistema eletricamente negativo, em que o no de prótons < no de elétrons.
▫
LIGAÇÕES 
QUÍMICAS
 Os átomos podem alcançar uma organização mais estável de elétrons na camada 
mais externa pela interação com outro átomo.
Ligação iônica (transferência de elétrons)
Ocorre entre íons, positivos (cátions) e negativos (ânions), e é 
caracterizada pela existência de forças de atração eletrostática entre 
eles 
○
Entre elementos que apresentam tendências opostas: um dos átomos 
participantes da ligação tem a tendência de perder elétrons, enquanto o 
outro tem a de receber elétrons 
EXEMPLO: NaCl 
○
Elementos das famílias 1A, 2A e 13 (metais) tendem a perder elétrons das 
suas camadas de valência, respectivamente 1, 2 e 3 elétrons 
○
Elementos das famílias 15, 16 e 17 (ametais) tendem a receber elétrons, 
respectivamente 3, 2 e 1, para ficar com 8 elétrons na sua camada de 
valência
○
Quando um elétron pula do Na para o Cl, ambos se tornam íons 
eletricamente carregados
Devido as cargas opostas, os íons Na+ e Cl- se atraem e são unidos 
por ligação iônica

○
•
Ligação covalente (compartilhamento de elétrons)
Os elementos da família 16, como o oxigênio, têm 6 elétrons na camada 
de valência e, para se estabilizar, devem compartilhar dois de seus 
elétrons. Para isso, devem se ligar a dois átomos de hidrogênio.
○
Como não ocorre ganho nem perda de elétrons, formam-se estruturas 
eletricamente neutras, de grandeza limitada, denominadas 
MOLÉCULAS. 
○
Por esse motivo, essa ligação também é denominada MOLECULAR.○
○
Moléculas são um agregado de átomos unidos por ligações covalentes. 
Os átomos que as formam completam suas camadas mais externas por 
compartilhamento de elétrons, não por troca de elétrons.
EXEMPLO: Molécula de hidrogênio 
○
•
▫
 Página 2 de BIOFÍSICA 

A molécula de água 
Importância biológica da água 
É o solvente universal dos sistemas biológicos ○
Molécula mais abundante na maioria das células (60% a 90% de sua massa)○
Constituí mais de 70% do peso da maioria dos organismos○

Propriedades microscópicas da água
ESTRUTURA 
Cada molécula de água (H2O) é formada por dois átomos de hidrogênio (H) ligados a 
um átomo de oxigênio (O) por meio de ligações covalentes.
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
Formato aproximado de tetraedro, com um átomo de hidrogênio em cada um de dois 
vértices e pares de elétrons não compartilhados nos outros dois.


○
ÂNGULO DE LIGAÇÃO 
Ângulo de ligação = 104,5°
Levemente menor que o ângulo 109,5° (tetraedro perfeito), devido ao agrupamento dos
orbitais não ligantes do átomo de oxigênio.

Existe uma forte repulsão entre os pares de elétrons não compartilhados, que força os 
orbitais formadores das ligações covalentes a ficarem mais próximos, reduzindo o 
ângulo de 109,5° para 104,5°.

○
ASSIMETRIA DA MOLÉCULA DE ÁGUA 
Embora a molécula de água tenha uma estrutura geral neutra (mesmo no de elétrons e 
prótons), os elétrons estão distribuídos de maneira ASSIMÉTRICA, tornando a 
MOLÉCULA POLAR.

○

 Página 3 de BIOFÍSICA 

LIGAÇÃO COVALENTE POLAR
LIGAÇÃO COVALENTE POLAR: os elétrons são compartilhados de maneira não 
equitativa. Uma estrutura polar (sentido elétrico) é uma estrutura com carga positiva 
concentrada ao redor de uma das extremidades da molécula (polo +) e carga negativa 
concentrada ao redor da outra extremidade (polo -).


Nas ligações covalentes polares, os elétrons são compartilhados de maneira desigual. 
Na H2O, os elétrons são mais fortemente atraídos pelo núcleo do oxigênio do que pelo 
núcleo do hidrogênio, como está indicado pela distribuição das cargas parciais negativa 
(δ –) e positiva (δ +).


○
ELETRONEGATIVIDADE
O núcleo do átomo de oxigênio atrai elétrons mais fortemente que o núcleo de 
hidrogênio (um próton); ou seja, o oxigênio é mais eletronegativo.

ELETRONEGATIVIDADE: força de atração exercida pelos átomos sobre os elétrons de 
uma
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ligação. Essa força de atração tem relação com o raio atômico: quanto menor o átomo, 
maior a força de atração.
○
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
FORMAÇÃO DE CARGAS PARCIAIS E DIPOLOS ELÉTRICOS 
Resultado do compartilhamento desigual de elétrons: formação de dois dipolos 
elétricos, um ao longo de cada ligação O – H; cada hidrogênio carrega carga parcial 
positiva (δ+) e o oxigênio carrega carga parcial negativa (δ–) igual em magnitude à soma 
das duas cargas parciais positivas.

○
POLARIDADE DAS LIGAÇÕES 
Nas ligações entre átomos de mesma eletronegatividade, os elétrons são igualmente 
atraídos pelos núcleos. Assim, não ocorre acúmulo de elétrons em nenhuma região -
não há formação de polos.
EXEMPLO: H2, Cl2□

Logo: Ligações entre átomos de mesma eletronegatividade - LIGAÇÃO COVALENTE 
APOLAR

Na ligação entre átomos com diferentes eletronegatividades. A densidade eletrônica é 
sempre maior ao redor do átomo de maior eletronegatividade.
EXEMPLO: Na molécula do HCl, a nuvem eletrônica está mais deslocada no 
sentido do átomo de cloro (Cl), pois ele é mais eletronegativo que o hidrogênio .
□
A maior densidade eletrônica ao redor do cloro caracteriza o polo negativo 
(δ–).

□
Como consequência, ao redor do átomo de hidrogênio (menos eletronegativo) 
forma-se uma região com baixa densidade eletrônica, denominada polo positivo 
(δ+).
□
Os polos + e - constituem um dipolo elétrico□

Logo: Ligações entre átomos de diferentes eletronegatividades - LIGAÇÃO 
COVALENTE POLAR

○
OBSERVAÇÃO 
São ditas cargas parciais pois existe apenas uma separação de carga dentro da molécula. 
A molécula como um todo tem estrutura geral neutra (mesmo número de elétrons e 
prótons).

Nem todas as moléculas que apresentam ligações covalentes são polares!
Para ser polar, o compartilhamento desigual deve induzir a formação de cargas 
parciais de sinais contrários na molécula e em posições opostas.
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
○
 Página 5 de BIOFÍSICA 
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LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO NA ÁGUA
FORÇA INTERMOLECULARQuando uma região da molécula de água carregada positivamente (um dos átomos 
de H) se aproxima de uma região carregada negativamente (do O) de uma segunda 
molécula de água, a atração elétrica entre elas pode resultar em uma LIGAÇÃO DE 
HIDROGÊNIO.
□
□

Um átomo de hidrogênio parcialmente positivo (δ+) de uma molécula de água é atraído 
pelo átomo de oxigênio com carga parcial negativa (2δ-) de uma segunda molécula de 
água.

LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO são relativamente muito mais fracas do que as ligações
covalentes e são facilmente rompidas pelo movimento cinético aleatório que reflete a 
energia térmica das moléculas. Porém, o efeito combinado de um grande no de ligações 
fracas pode ser muito grande.
O arranjo aproximadamente tetraédrico dos orbitais ao redor do átomo de oxigênio 
permite que cada molécula de água forme ligações de hidrogênio com até quatro 
moléculas de água vizinhas.

Cada uma delas pode doar seus dois átomos de hidrogênio para duas outras moléculas 
de água e aceitar dois átomos de hidrogênio de duas outras moléculas de água. Cada 
átomo de hidrogênio pode participar apenas de uma ligação de hidrogênio.

○
 Página 6 de BIOFÍSICA 

LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO E PROPRIEDADES INCOMUNS DA ÁGUA 
A água tem ponto de fusão, ebulição e calor de vaporização mais alto que os outros 
solventes comuns.

Essas propriedades incomuns são uma consequência da atração entre as moléculas de 
água adjacentes que oferecem à água líquida grande coesão interna.

As ligações de hidrogênio são responsáveis pelo ponto de fusão relativamente alto da 
água, pois muita energia térmica é necessária para quebrar uma proporção suficiente 
de ligações de hidrogênio de forma a desestabilizar a rede cristalina do gelo.

○
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO NOS DIFERENTES ESTADOS FÍSICOS 
SÓLIDO
No gelo, cada molécula de água está fixa no espaço e forma ligações de hidrogênio 
com quatro outras moléculas, formando uma estrutura de rede regular.
□

LÍQUIDO
Em temperatura ambiente e pressão atmosférica, as moléculas de água estão 
desorganizadas e em movimento contínuo. As ligações de hidrogênio estão em 
constante associação e dissociação.
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
GASOSO 
Praticamente não ocorre formação de ligações de hidrogênio. partículas com 
grande desorganização, praticamente sem forças de atração e com grande 
liberdade de movimento.
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

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As ligações de hidrogênio não são EXCLUSIVAS para a molécula de água ○
 Página 7 de BIOFÍSICA 

A ÁGUA FORMA LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO COM SOLUTOS POLARES
Formam-se entre um átomo eletronegativo (aceptor de H, geralmente O ou N) e um 
átomo de hidrogênio ligado covalentemente a outro átomo eletronegativo (doador de 
H) na mesma molécula ou em outra.
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
ATENÇÃO: átomos de carbono não participam de ligações de hidrogênio, pois a 
eletronegatividade do carbono (2,5) é bastante próxima do hidrogênio (2,1).

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ORIENTAÇÃO DAS LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO 
São mais fortes quando as moléculas ligadas estão orientadas de forma a maximizar as 
interações eletrostáticas. Ocorre quando o átomo de H e os dois átomos que o 
compartilham estão em linha reta (átomo aceptor está alinhado com a ligação 
covalente entre o átomo doador e o H).
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 Página 8 de BIOFÍSICA