A 2- PH e TAMPÕES BIOLÓGICOS

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PH e TAMPÕES BIOLÓGICOS
Prof. Fernando Borges Araújo
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PH 
Conceito de pH
	O Potencial Hidrogeniônico (pH) consiste em um índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de um meio qualquer. É determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+). Quanto menor o pH maior a concentração de H+ e menor a de OH-.
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PH
Os valores de pH variam de 0 a 14;
 Podem ser medidos através de um aparelho chamado phmetro;
 Pode-se medir o pH (com menos precisão) com o uso de indicadores. Substância que revela a presença de íons hidrogênio livres em uma solução, ele muda de cor em função da concentração de H+ e de OH- de uma solução, ou seja, do pH. 
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Kw, pH e pOH
Kw = Produto iônico da água; 
pH = Potencial hidrogeniônico;
pOH = Potencial hidroxiliônico; 
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Kw
Kw: Constante que representa o Equilíbrio iônico da água. 
Para atingir o equilíbrio é necessário que as moléculas de água sejam quebradas, esse processo é possível através das colisões intermoleculares do meio aquoso. Veja a equação que representa o processo: 
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Kw
Origem do Kw
 
OBS: O grau de ionização da água em equilíbrio é pouco, a 25ºC 
apenas 2 de cada 109 moléculas de água pura são ionizadas em 
qualquer instante.
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Kw
Na água pura, a concentração de íons H+ é sempre igual à concentração de íons OH-, pois cada molécula de água ionizada é originada de um íon H+ e um íon OH-. H20 pura → [H+] = [OH-] H20 pura a 25ºC: as concentrações em mol/L de H+ e OH- são iguais entre si e apresentam um valor igual a 1,0 x 10-7 mol/L. 
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Kw
Considerando o equilíbrio da água temos:
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Kw
Baseando-se nos valores de [H+] e [OH-], o valor de Kw pode ser calculado: Kw = 1,0 x 10-7 . 1,0 x 10-7 A uma temperatura de 25ºC: Kw = 1,0 x10-14 
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Definição algébrica de pH
O p significa dizer: “logaritmo negativo de”. O pH de uma solução neutra a 25ºC em que a [H+] é 1,0 x 10-7 M pode ser calculado:
 
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pOH
☺ O termo pOH refere-se ao logaritmo negativo da concentração hidroxiliônica.
 
 pOH = - log [OH-] 
☺A escala de pH é representada por valores de 0 a 14, uma vez
que, quanto mais ácida for a solução, menor será o pH e quanto
mais básica for a solução, maior será o pH. pH < 7 - solução ácida pH > 7 - solução básica pH = pOH = 7 - solução neutra.
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Escala de pH
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Exemplos de pH de substâncias
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Dissociação de Ácido e Base fracos
São de maior interesse para os bioquímicos uma vez que são comuns nos sistemas biológicos desempenhando papel importante no metabolismo e regulação; 
Os ácidos podem ser definidos como doadores de prótons e as bases como receptores de prótons;
Doador de próton e seu correspondente receptor de prótons perfaz um par conjugado ácido – base.
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Dissociação de Ácido e Base fracos
Ácido Etanóico e seu conjugado:
Tendência de qualquer ácido é perder seu próton: 
Constante de equilíbrio Ka (Constante de ionização):
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Ka –Constante de Dissociação ou Ionização
Quanto maior a tendência do ácido perder seu próton mais forte é e maior será a sua Ka.
Ka pode ser expresse na forma de logaritmo sendo assim definido:
Quanto menor o pKa mais forte é o ácido, mais facilmente perderá seus prótons 
ionizáveis. Quanto maior o pka mais fraco.
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pKa
Pode ser determinado experimentalmente: é o valor numérico do pH no ponto médio da curva de titulação de um ácido ou base.
Ponto de equilíbrio da dissociação onde a relação é igual a 1. 
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pKa
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Relação pH e pKa
Equação de Henderson-Hasselbalch: importante para entender ação tampão e o equilíbrio ácido-base no sangue e tecidos dos vertebrados.
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Tampões Biológicos
Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir às alterações no pH quando pequenas quantidades de H+ ou base OH- são adicionadas.
Um sistema tampão consiste em um ácido fraco (doador de prótons) e sua base conjugada (um receptor de prótons)
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Exemplo de Sistema Tampão
Acurva de titulação possui uma zona achatada 
estendendo-se sobre 1 unidade de pH de ambos os 
lados do seu ponto médio. Nessa zona H+ e OH- 
adicionados tem muito menos efeito sobre o pH que
 a mesma quantidade adicionada fora desse intervalo.
No ponto médio da zona o pH tende a alterar muito 
menos ainda, devido ao equilíbrio atingido. 
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Tampões Biológicos
O organismo para realização de suas funções é dependente de um pH ótimo, dessa forma alterações bruscas no pH pode impedir o andamento homeostático do metabolismo;
Enzimas que catalisam as reações celulares e moléculas onde elas atuam possuem um pKa característico. 
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Tampões Biológicos
Aminoácidos funcionam como ác. fracos, seus estados iônicos dependem do pH do meio circulante;
Células e os organismos mantêm um pH citosólico constante e específico, mantendo as biomoléculas em estado iônico ótimo, geralmente em torno do pH 7. 
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Tampões Biológicos
O tamponamento é resultado do equilíbrio de duas reações reversíveis que ocorrem em uma solução próxima às concentrações de um doador de prótons e do seu receptor de prótons conjugado; 
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Como funciona um sistema tampão?
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Tampões Biológicos
O tamponamento biológico humano
		☼ Sistemas de tamponamento do fosfato 
		☼ Sistemas de tamponamento do carbonato;
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Sistemas de tamponamento - Fosfato
Exerce seu papel no citoplasma de todas as células, consiste de H2PO4_ como doador de próton e HPO42_ como receptor de prótons:
pKa 6,86, intervalo de pH tamponado 5,9 a 7,9
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Sistema de tamponamento - Bicarbonato
Plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema bicarbonato, consistindo de ácido carbônico (H2CO3) como doador de próton e bicarbonato (HCO3- ) como receptor de próton:
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Sistema de tamponamento - Bicarbonato
Mais complexo que outros pares conjugados, uma vez que um de seus componentes o ácido carbônico é formado apartir do dióxido de carbono dissolvido (d) e a água, em uma reação reversível:
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Sistema de tamponamento - Bicarbonato
O CO2 é um gás sob condições normais, e a concentração de CO2 dissolvido é o resultado do equilíbrio com o CO2 da fase gasosa (g):
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Sistema de tamponamento - Bicarbonato
Por que mais complexo?
	O pH de um sistema-tampão bicarbonato depende da concentração de (H2CO3) e (HCO3- ), a concentração de (H2CO3) depende da concentração de CO2 dissolvido que por sua vez depende da concentração do CO2 na fase gasosa, chamada pressão parcial do CO2.
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Sistema de tamponamento - Bicarbonato
Paciente portando diabetes não controlada grave pode levar ao quadro de acidose metabólica, pH sanguíneo 6,8 ou abaixo levando à lesão celular irreparável e à morte.
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Exercícios 
1) Calcule o pH das seguintes soluções:
		a) 0,002 mol.L-1 de HCl
		b) 1 x 10-5 mol.L-1 de HCl
		c) 3,6 x 10-3 mol.L-1 de HCl
		d) 0,2 mol.L-1 de um determinado ácido fraco (tipo HA) que apresenta um grau de dissociação de 0,40%.
		e) 0,25 mol.L-1 de um determinado ácido fraco (tipo HA) que apresenta um grau de dissociação de 0,30%.
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2) Dispõe-se de uma solução de HCl 0,1 mol.L-1. Pergunta-se:
a) Qual o pH da solução?
b) Qual será o pH da solução se esta for diluída 10 vezes?
3) Uma solução de HCI tem pH=3. Qual a concentração de [H+]?
4) Uma solução 0,1 mol.L-1 de HAc está 1.47% dissociada. Calcule o seu pH.
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5) A partir do valor do pH de cada uma das seguintes soluções abaixo, calcule o valor da
concentração de H+:
a - suco gástrico, pH = 1,50;
b - cerveja, pH = 4,25;
c - vinagre, pH = 2,90;
d - suco de limão pH = 2,30;
e - água
gaseificada, pH = 3,90.
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6) A seguir, a partir do valor do pH de cada uma das soluções abaixo, calcule o valor da
concentração de 0H-:
a- amoníaco de uso doméstico pH = 11.90;
b- sangue humano, pH = 7,40;
c- leite de magnésia, pH = 10,50;
d- água do mar, pH = 7,70;
e- solução de fermento, pH = 8,40;
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7) Calcule os pKas dos ácidos apresentados abaixo e classifique-os segundo a sua “força ácida”.
a) HX Ka =1,81x10-5 mol.L-1
b) HA Ka =1,05x10-7 mol.L-1
c) HZ Ka =1,0x10-12 mol.L-1
d) HY Ka =2,85x10-9 mol.L-1
e) HW Ka =3,9x10-5 mol.L-1
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8) 1,0 mol de ácido acético e 1,0 mol de acetato de sódio são dissolvidos em água. O
volume da solução é de 1,0 litro e seu pH igual a 4,74.
Se à solução forem adicionados 0,05 moles de HCl, o pH passará a ser______________. A mesma quantidade de HCl adicionada um litro de água pura faria o pH variar de 7,00 para ______________.