Aula 02 -.. H2O

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BIOQUÍMICA DA ÁGUA
ZECA - 2012
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IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA A VIDA
Nos organismos vivos
todos os processos biológicos ocorrem na presença de água
... e todos organismos vivos dependem da água!!
Minerais 5%Água 70%
outras 
substâncias
30%
Compostos 
contendo
Carbono 95%
• SOLVENTE UNIVERSAL
• TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS (sangue)
• FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
• TERMORREGULAÇÃO (controle da temperatura corpórea por sudorese)
• LUBRIFICANTE (líquido sinovial)
• REAÇÕES DE HIDRÓLISE (reagente)
• AMORTECIMENTO (crânio, feto no líquido amniótico)
• EQUILÍBRIO OSMÓTICO
• EQUILÍBRIO ÁCIDO BASE
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Forças Intermoleculares:
•Ligações de Hidrogênio
•Dipolo-Dipolo
(Dipolo Permanente)
•Dipolo Induzido
(Forças de Van Der Walls)
Forças Interatômicas:
•Ligações Iônicas
•Ligações Covalentes
EN
ER
G
IA
ENERGIA DAS LIGAÇÕES
QUATRO TIPOS DE INTERAÇÕES NÃO COVALENTES
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO ENTRE GRUPOS NEUTROS
ENTRE LIGAÇÕES PEPTÍDICA
LIGAÇÕES IÔNICA
ATRAÇÃO
REPULSÃO
INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
INTERAÇÕES DE VAN DER WAALS QUAISQUER DOIS ÁTOMOS MUITO 
PRÓXIMO ENTRE SI 
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Ligações de hidrogênio: Interação fraca
Energia de dissociação = 23 kJ/mol
Ligações Covalente: Interação forte
Energia de dissociação = 470 kJ/mol (ligação C – C)
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A NATUREZA DA MOLÉCULA DA ÁGUA 
A geometria da molécula de 
água é determinada pela 
ligação angular entre o átomo de
oxigênio e os de hidrogênio.
determina a química dos organismos vivos
A estrutura angular dá origem
a propriedades especiais: 
Existe um arranjo tetraédico dos elétrons da camada mais externa ao redor do
átomo do oxigênio, os dois átomos de hidrogênio apresentam cargas
elétricas parciais positivas, e o átomo de oxigênio, uma carga parcial negativa.
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ASPECTOS ESTRUTURAIS DA MOLÉCULA DE ÁGUA
Duas moléculas de H2O unidas por
uma ligações de hidrogênio
(designada por três linhas azuis) entre
o átomo de oxigênio da molécula que
está abaixo.
• Propriedades da água:
– Polaridade
• Bipolar
• Forma ligações de hidrogênio
– Observação:
• Semelhante dissolve semelhante
• Tensão superficial
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A NATUREZA DA MOLÉCULA DA ÁGUA 
A água forma ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio são 
mais longas e mais fracas que as ligações covalentes O-H 
INTERAÇÕES NA MOLÉCULA DE ÁGUA E ESTRUTURA DO GELO 
Densidade de 0,92 g.mL-1
Cada molécula de água forma um
máximo de quatro ligações de
hidrogênio, criando uma rede cristalina
regular.
Na água líquida, á temperatura e à
pressão atmosférica ambiente,
contrastantemente, cada molécula de
água forma em média 3,4 ligações de
hidrogênio com outras moléculas de
água.
INTERAÇÕES NA MOLÉCULA DE ÁGUA E ESTRUTURA DO GELO 
A rede cristalina do gelo ocupa mais
espaço que o mesmo número de
moléculas de H2O ocupa na água
líquida; assim, o gelo é menos denso
que a água líquida e, portanto, nela
flutua.
INTERAÇÕES NA MOLÉCULA DE ÁGUA E ESTRUTURA DO GELO 
Cada molécula de água no estado líquido forma 3,4 ligações de hidrogênio em
média com outras moléculas de água, quando no estado sólido tem-se quatro,
formando uma rede cristalina regular, ocupando mais espaço que o mesmo numero
de molécula no estado liquido.
ÁGUA NO ESTADO DE GELO, LÍQUIDA E 
GASOSO
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LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
Tipos comuns de ligações de hidrogênio. Em moléculas orgânicas o
aceptor de hidrogênio geralmente é oxigênio ou o nitrogênio.
Aceptor de 
Hidrogênio
Doador de 
Hidrogênio
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INTERAÇÃO DA ÁGUA COM OUTRAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS:
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO E ELETROSTÁTICAS
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ÁGUA COMO SOLVENTE UNIVERSAL
Ânion Cloreto
hidratado
Cátion Sódio
hidratado
A água dissolve vários tipos de
substâncias polares e iônicas
(hidrofílicas), como vários sais e açúcar, e
facilita sua interação química, que ajuda
metabolismos complexos.
Dissociação eletrolítica
Aglomerados oscilantes de
moléculas de água na fase do
solvente.
Liberdade de movimento:
Abaixa a energia livre
(Energia de Gibbs)
Aumenta a desordem
molecular (Entropia)
ASPECTOS ENERGÉTICOS DA ÁGUA
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“Cabeça polar” de um lipídeo
“Cadeia apolar” de um lipídeo
Camada de Solvatação:
•Rígida
•Região de alta energia livre
•Região de baixa entropia
Cabeça 
Polar
Cadeia 
Apolar
Moléculas de água altamente
ordenadas formando envoltórios ao
redor das cadeias alquilas.
ÁGUA COM OUTRAS MOLÉCULAS APOLARES: BAIXA INTERAÇÃO
ÁGUA COM MOLÉCULAS APOLARES: MEMBRANAS E MICELAS
ENERGIA ENTROPIA
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FORMAÇÃO DAS MICELAS PELOS ÁCIDOS GRAXOS
As moléculas de lipídeos forçam
as moléculas de águas que estão
ao seu redor a estarem mais
ordenadas.
Apenas as porções lipidicas
situadas nas bordas do agregado
é que forçam o ordenamento das
moléculas de água. Um numero
menor de água estão ordenadas
e a entropia está aumentada.
Todos os grupos hidrofóbicos
estão escondidos da água; não
está presente o envoltório
altamente ordenado de
moléculas água e a entropia está
aumentada.
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PARTICIPAÇÃO DA MOLÉCULA DE ÁGUA NAS 
REAÇÕES QUÍMICAS CELULARES
Moléculas de água
ordenadas interagindo
com substrato e
enzima.
Moléculas de água
desordenadas pela
interação entre a o
substrato e enzima.
Interação enzima-substrato estabilizada por
ligações de hidrogênio, iônica e hidrofóbicas.
QUANTO MAIOR O NÚMERO DE INTERAÇÕES FRACAS FAVORÁVEIS , MAIS ESTÁVEL É O SISTEMA
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PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA 
(ALGUMAS)
ALTO CALOR ESPECÍFICO
Calor específico é definido como
a quantidade de calor que um
grama de uma substância
precisa absorver para aumentar
sua temperatura em 1°C sem que
haja mudança de estado físico.
Devido ao alto calor específico
da água, seres vivos não sofrem
variações bruscas de
temperatura.
TERMORREGULAÇÃO
• Seres vivos só podem existir em uma
estreita faixa de temperatura.
• A água evita variações bruscas de
temperatura dos organismos.
• A transpiração diminui a temperatura
corporal de mamíferos.
CALOR DE VAPORIZAÇÃO
É a quantidade de calor necessária
para que uma substâncias passe de
estado líquido para o estado de vapor.
Devido ao elevado calor de
vaporização da água, uma superfície
se resfria quando perde água na forma
de vapor.
CAPILARIDADE
Quando a extremidade de
um tubo fino de paredes
hidrófilas é mergulhada na
água, as moléculas dessa
substância literalmente
“sobem pelas paredes”
internas do tubo, graças a
coesão e a adesão entre as
moléculas de água.
LUBRIFICANTE
• Nas articulações e entre os órgãos a água exerce
um papel lubrificante para diminuir o atrito entre
essas regiões.
• A lágrima diminui o atrito das pálpebras sobre o
globo ocular. A saliva facilita a deglutição dos
alimentos.
PROPRIEDADES ACIDO-BASE DA ÁGUA
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PROPRIEDADES ACIDO-BASE DA ÁGUA
líquido aquoso aquoso
Processo espontâneo
SALTOS DE PRÓTONS DO HIDRÔNIO
Pequenos „saltos‟ de prótons em
uma série de moléculas de água
ligadas por ligações de hidrogênio
realizam um movimento real
extremamente rápido de um próton
em uma longa distância.
A medida que o ion hidrônio cede
um próton, uma molécula de água a
uma certa distância (abaixo) aceita
um, tornando-se um ion hidrônio.
O salto de prótons é muito mais
rápido do que a verdadeira difusão
e explica a mobilidade
consideravelmente elevada dos
íons hidrogênio comparada à de
outros cátions monovalentes tais
como Na+ ou K+.
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A água é uma substância molecular que
se encontra ionizada em pequena
quantidade.
Escrevendo a equação na forma
simplificada, tem-se a equação à direita:
H2O(l) + H2O(l) H3O
+
(aq) + OH
-
(aq)H2O(l) H
+
(aq) + OH
-
(aq)
PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA
PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA (Kw)
Como o número de moléculas ionizadas é muito pequeno, a
concentração [H2O], ou seja, de moléculas não ionizadas é praticamente
constante. Ou seja, por ser um eletrólito fraco a concentração de água é
praticamente constante. Logo, tem-se:
O produto K1 . [H2O] é constante e denomina-se Kw (produto iônico da
água) Assim, temos na temperatura de 25ºC o valor de 1,0 x 10-14 para
Kw. Portanto;
[H+] x [OH-] = 10-14
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PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA
líquido aquoso aquoso
líquido
aquoso
Produto 
iônico da 
água (KW)
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PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA
OBS: Estes valores são válidos para 25⁰C
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CÁLCULO DE pH e pOH
pH + pOH = 14
pH = - Log [H+]
VALORES DE REFERÊNCIA E IMPORTÂNCIA DO pH
DEFINIÇÕES DE ÁCIDO, BASE, pKA, E pH 
– Conceitos:
• Ácido forte: ácido que se dissociam
completamente, ou quase completamente, em
íons H+ (Ex.: HCl)
• Ácido fraco: dissocia-se pouco, gerando
pequena quantidade de íons H+ (Ex.: H2CO3)
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ÁCIDOS E BASES FRACOS EM ÁGUA
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TITULAÇÃO DE ÁCIDOS FORTES E FRACOS
• Imagine que o HCl 1M quando dissolvido em água ele se encontra fortemente
dissociado e o ácida acético CH3COOH 1M enquanto que o ácido acético só o
está 0,42%. Concluí-se, pois, que o HCl fornece uma maior concentração de carga.
Grau de ionização do HCl é de 92%
TITULAÇÃO DE ÁCIDOS FRACOS
GRAU DE DISSOCIAÇÃO
• O número que indica a fração da quantidade total de
eletrólito dissolvido que está dissociada em íons chama-se
grau de dissociação eletrolítica e representa-se por α.
α = número de moléculas dissociada
número total de moléculas
O valor de α pode variar de 0 a 1. E é expresso em 
percentagem
FORÇA DOS ÁCIDOS MEDIDA PELO GRAU DE IONIZAÇÃO
TIPO DE 
ÁCIDO
GRAU DE 
IONIZAÇÃO
EXEMPLOS
Fortes α > 50%
HI, HCl, HBr, 
H2SO4, HNO3, 
HClO4
Semifortes 50%>= α <= 10% 
HF, H3PO4, 
HNO2
Fracos α < 10%
HCN, H2S, 
HAc, H2CO3, 
H3BO3
RELAÇÃO ENTRE CONSTANTE DE IONIZAÇÃO E A 
EXTENSÃO DA IONIZAÇÃO
• Consideremos como exemplo o ácido fraco HCN. Seu equilíbrio de
ionização é representado por:
HCN  H+ + CN-
• A aplicação da lei de ação das massas a este equilíbrio nos dará
constante de ionização ou dissociação do ácido fraco HCN :
Ka = [H+] . [CN-]
HCN 
• Numa solução C molar deste ácido, temos que
= [CN-] / C = [H+]/C
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM SISTEMAS ÁCIDO-BASE
Ácidos monopróticos ou monobásicos:
HA + H2O  H3 O
+ + A-
Ou
HA  H+ + A- (Forma simplificada)
E sua condição de equilíbrio por:
Ka = [H+] [A-] / [HA]
OS PARES ACIDO-BASE CONJUGADOS SÃO CONSTITUÍDOS DE UM 
DOADOR DE PRÓTONS E UM ACEPTOR DE PRÓTONS
Alguns compostos, como o ácido acético e a amônia, são monopróticos: podem doar apenas um único
próton. Outros são dipróticos (H2CO3 e glicina) ou tripóticos (H3PO4). As reações de dissociação para
cada par são mostradas onde elas ocorrem ao longo da escala de pH. A constante de equilíbrio ou de
dissociação (Ka) e seu logaritimo negativo, o pka, são mostrados para cada reação.
Ácidos polipróticos:
H2A  H
+ + HA-
HA-  H+ + A-2
K1 = [H+] [HA-] /[H2A]
K2 = [H+] [A-2]/ [HA-]
No caso do ácido triprótico, têm-se três etapas:
H3A  H
+ + H2A
-
H2A
-  H+ + HA-2
HA-2  H+ + A-3
K1 = [H+] [H2A
-]/[H3A]
K2 = [H+] [HA-2]/[H2A
-] 
K3 = [H+] [A-3]/[HA-2]
K1 > K2 > K3 
Ácidos Ka Bases Kb 
HClO4 grande ClO4
- muito pequena
H2SO4 grande HSO4
- muito pequena
HCl grande Cl- muito pequena
HNO3 grande NO3
- muito pequena
H3O
+ 55,5 H2O 1,8.10
-16
H2SO3 1,2.10
-2 HSO3
- 8,3.10-13
HSO4
- 1,2.10-2 SO4
2- 8,3.10-13
H3PO4 7,5.10
-3 H2PO4
- 1,3.10-12
HNO2 4,5.10
-4 NO2
- 2,2.10-11
HCOOH 1,8.10-4 HCOO- 5,6.10-11
C6H5COOH 6,3.10
-5 C6H5COO
- 1,6.10-10
CH3COOH 1,8.10
-5 CH3COO
- 5,6.10-10
C2H5COOH 1,3.10
-5 C2H5COO
- 7,7.10-10
H2CO3 4,2.10
-7 HCO3
- 2,4.10-8
H2S 1,0.10
-7 HS- 1,0.10-7
H2PO4
- 6,2.10-8 HPO4
2- 1,6.10-7
HSO3
- 6,2.10-8 SO3
2- 1,6.10-7
HOCl 3,5.10-8 ClO- 2,9.10-7
NH4
+ 5,6.10-10 NH3 1,8.10
-5
HCN 4,0.10-10 CN- 2,5.10-5
C2H5NH3
+ 2,3.10-11 C2H5NH2 4,3.10
-4
CH3NH3
+ 2,0.10-11 CH3NH2 5,0.10
-4
HCO3
- 4,8.10-11 CO3
2- 2,1.10-4
HPO4
2- 3,6.10-13 PO4
3- 2,8.10-2
H2O 1,8.10
-16 OH- 55,5
HS- 1,0.10-19 S2- 1,0.105
NH3 muito pequena NH2
- grande
CONSTANTES DE IONIZAÇÃO DE ALGUNS ÁCIDOS E DE 
SUAS BASES CONJUGADAS
COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO
Preparação
Mistura de um ácido fraco ou uma base 
fraca com um sal do ácido ou da base.
50
EFEITO DO VALOR DA CONSTANTES DE 
DISSOCIAÇÃO
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