água e pH

Prévia do material em texto

15/10/2013
1
Água e pH
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE - ICS
DEPARTAMENTO DE BIOFUNÇÃO
Disciplina: Bioquímica para Biotecnologia A013
_____________________________________________________________________________________________
Dra. Daniele Takahashi
Salvador, outubra de 2013
A água
Propriedades da água
• Molécula polar;
• Coesão e adesão;
• Valores altos para os pontos de fusão, ponto 
de ebulição e calor de vaporização;
• Maior densidade a 4˚C;
• Solvente universal.
Propriedades da água
15/10/2013
2
Pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênio
• O núcleo do oxigênio atrai elétrons mais 
fortemente que o núcleo do hidrogênio;
• Compartilhamento desigual gera dois dipolos 
elétricos.
• Energia para romper:
– Ponte de hidrogênio: 23 kJ/mol
– Ligação covalente O-H: 470 kJ/mol
– Ligação covalente C-C: 348 kJ/mol
Pontes de hidrogênio
• Água no estado líquido, a temperatura 
ambiente: maioria das moléculas engajadas 
em pontes de hidrogênio;
• O tempo de vida de cada ponte é de apenas 1 
a 20 picossegundos;
• “Agrupamentos oscilantes”
• Arranjos quase tetraédricos: cada molécula 
pode formar até 4 pontes de hidrogênio
15/10/2013
3
Pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênio
H2O (sólida) → H2O (líquida) 
ΔH=+5,9 kJ/mol
H2O (líquida) → H2O (gás) 
ΔH=+44,0 kJ/mol
Pontes de hidrogênio são 
responsáveis pela coesão...
• Transporte de água 
nos tecidos vegetais;
... e pela tensão superficial.
• As pontes de 
hidrogênio da 
superfície resistem a 
quebra.
15/10/2013
4
Pontes de hidrogênio
Hydrogen bonding
D-H---A
Pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênio
A água é um solvente polar
15/10/2013
5
A água é um solvente polar
Polar Não-polar Anfipática
Glicose Cera típica Fenilalanina
Glicina Ácido graxo Fosfatidilcolina
Aspartato
Lactato
Glicerol
A água é um solvente polar
A água é um solvente polar
Gases não polares
Gás Polaridade Solubilidade em água (g/L)
Nitrogênio Não-polar 0,018 (40˚C)
Oxigênio Não-polar 0,035 (50˚C)
Dióxido de carbono Não-polar 0,97 (45˚C)
Amônia Polar 900 (10˚C)
Sulfeto de hidrogênio Polar 1 860 (40˚C)
15/10/2013
6
Interações de van der Waals
• Átomos não carregados quando estão muito 
próximos, interagem entre si, gerando uma 
atração fraca.
Interações de van der Waals
Elemento Raio de van der Waals
(nm)
Raio covalente para 
ligações simples (nm)
H 0,11 0,030
O 0,15 0,066
N 0,15 0,070
C 0,17 0,077
S 0,18 0,104
P 0,19 0,110
I 0,21 0,133
Tipos de interações fracas
Pontes de hidrogênio
Entre grupos neutros
Entre ligações 
pepitídicas
Interações iônicas
Atração
Repulsão
Interações hidrofóbicas
Interações de van der Waals Dois átomos 
próximos
Interações fracas podem ser fortes
15/10/2013
7
IONIZAÇÃO DA ÁGUA
� As moléculas de H2O sofrem ionizações reversíveis.
� Equilibrando reações através da liberação de íons H+ e
OH-. Na água não existem íons livres. Assim, os 
íons hidrogênio 
liberados são 
imediatamente 
hidratados em íons 
hidroxônios ou 
hidrônios. 
Devido a formação 
de pontes de 
hidrogênio
A ionização da água pode ser medida pela condutividade 
elétrica.
�H+ migram para o cátodo (polo que atrai cátions – com 
carga negativa)
�OH- migram para o ânodo (polo que atrai ânions- com 
carga negativa)
Constante de equilíbrio
DISSOCIAÇÃO DA ÁGUA
Formação 
do íon 
hidroxônio
Determina o seu “caráter anfótero”:
Pode reagir tanto como ácido e como base.
Como base: Recebe prótons e aumenta o pH
Como ácido: Doa prótons e diminui o pH
CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DA ÁGUA (κ)
Equivale as concentrações dos produtos da reação de 
dissociação, divididos pela concentração de água não 
ionizada.
Κ=
[H+] [OH-]
[H2O] 
Sorensen (1909)
�pH ⇒⇒⇒⇒ potencial hidrogeniônico, expressa a acidez em termos da
concentração [H+]
pOH ⇒⇒⇒⇒ potencial hidroxiliônico, expressa a basicidade em termos da 
concentração [OH-]
�Introduziu a forma da escala de pH.
� Evita o uso de números muito pequenos ou de notação
exponencial.
pH
O pH de uma solução
logaritmo decimal negativo da 
concentração do íon hidrogênio 
pH = - log [H+]
Onde:
p = - log e H = concentração H+.
O QUE É pH? 
15/10/2013
8
CÁLCULO DO pH
pH = 7 = pOH 
pKw = pH + pOH = 14
ESCALA DE pH
ESCALA DE pHA escala é 
logarítmica
Ou seja
A diferença de 1 
unidade de pH 
significa a 
diferença de 10X 
a concentração 
de H+
VALORES DE pH DE FLUIDOS AQUOSOS
Solução de bicarbonato de sódio
Alvejante doméstico
Água do mar, clara de ovo
Sangue humano, lágrimas
� Os processos bioquímicos são extremamente sensíveis 
a variações do pH. 
� Faixa de pH compatível com a vida���� 6,8 - 7,8.
� O pH do sangue nos seres humanos é mantido entre 
7,35 - 7,45.
� ↓pH = acidose e ↑pH = alcalose. 
� Como medir o pH? 
pHmetro ou indicadores de cor.
A importância biológica do pH 
15/10/2013
9
� A medida de pH é um dos procedimentos mais
importantes e mais frequentemente utilizados em
Bioquímica.
� O pH afeta a estrutura e atividade de biomoléculas
como, por exemplo, a atividade catalítica de enzimas que
é dependente do pH.
� A medida de pH do sangue e da urina são parâmetros
importantes no diagnóstico médico.
A importância biológica do pH 
EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO
� Equação Henderson-Hasselbalch -
� É um rearranjo da expressão da constante de equilíbrio Ka para a
dissociação de um ácido.
Ka = constante de dissociação ou de ionização
O pH ÓTIMO DE ALGUMAS ENZIMAS