Biofísica de soluções

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Biofísica
Docente: Msc. Victor Rennan S. Ferreira
3º Fase - Licenciatura Plena em Ciências Biológica
Email: victor.re@yahoo.com
Biofísica de soluções
Definindo termos... 
Suspensão é uma mistura cujos componentes podem ser separados fisicamente, mantendo a sua integridade original.
Solução é uma mistura, cujos componentes estão tão intimamente associados, que somente um processo que altere o estado original deles poderá decompor a mistura.
Um exemplo biológico: Sangue
O sangue é um tecido composto por: plasma e células (glóbulos);
Plasma
Composto majoritariamente por água – Aproximadamente 90%;
Contudo, apresenta também sólidos dissolvidos: Proteínas (albuminas, fibrinogênio...), glicose, aminoácidos, enzimas, vitaminas, anticorpos, hormônios, excretas...
Glóbulos e fragmentos do sangue
Glóbulos vermelhos (eritrócitos), rico em hemoglobina, essencial no transporte de gases;
Glóbulos brancos (leucócitos), atuam como necrófagos e como células de defesa;
Fragmentos celulares (plaquetas ou trombócitos), agem na coagulação.
Componentes básicos do sangue
Quem é solução e quem é suspensão?
O sangue é uma mistura de plasma e células. Essa mistura pode ser decomposta por decantação. Ao final do processo de separação, teremos esses dois componentes fisicamente íntegros!
O plasma sanguíneo é uma mistura de substâncias em um meio aquoso. Por mais que centrifuguemos o plasma, não conseguimos separar, por ex., a albumina do restante. 
A não ser que corrompemos a estrutura de uma das substâncias...
Quem é solução e quem é suspensão?
Separando o plasma...
Para separar o plasma, precisamos utilizar um processo físico que corrompa a integridade dos componentes da mistura, como, por exemplo, a liofilização; 
Congela a solução em uma câmara de vácuo, por onde a água sólida se transforma em vapor por sublimação. A albumina e as outras substâncias da solução serão preservadas; porém, a água terá mudado de estado físico (líquido para gás), portanto, sua configuração original, será corrompida
E agora, quem é solução e quem é suspensão?
sangue
solução
suspensão
E o ar atmosférico, é uma solução ou suspensão?
A única forma de separar os componentes do ar é realizar um processo inverso ao da liofilização;
Coloca-se a mistura de gases (ar) em uma câmara que produz uma compressão. A medida que a mistura é comprimida a temperaturas muito baixas, os componentes do gás tendem a mudar de fase (liquefação). Como cada tipo de gás se torna líquido sob uma pressão diferente, basta o fazer escoar para outra câmara. 
Como o gás mudou de fase para podermos separa-lo, concluímos que essa mistura é uma solução!
Gás
Líquido
Liquefação
Solução: três conceitos fundamentais
Dissolução: processo de formação de uma solução, no qual os elementos constituintes da solução se misturam (ex. água e sal); 
Solvente: substância que promove a dissolução, ou seja, é a substância que dissolve o soluto (ex. água ou tiner);
Soluto: substância que se dissolve no solvente (sal ou açúcar).
Tipos de solução
Solução difusiva: os elementos se misturam em razão do calor, não apenas em função das interações moleculares. (p. ex.: solução óleo-óleo)
Ao misturar diferentes óleos em temperatura ambiente (ou menos), veremos que os mesmos não se dissolvem tão facilmente, ou nem se dissolvem, mas se os esquentarmos sim!
Ou seja, o que determina a formação dessa solução é a agitação molecular (calor) não a interação.
Solução interativa: os elementos se misturam em razão da afinidade química entre eles (p. ex.: solução água e sal).
O sal, antes sólido, muda sua natureza quando interage com a água para formar uma solução, mesmo sem aquecimento da mistura. Mesmo sem a mudança de temperatura, o retículo cristalino do sal, estável e organizado, é destruído pela água; ou seja, uma importante interação química acontece. 
Tipos de solução
Cristal de sal
Tipos de solução: conclusão
A presença de energia (calor) é determinante para as soluções difusivas, enquanto a afinidade química é determinante para as soluções interativas;
A grande maioria das soluções são interativas;
A água é popularmente conhecida como solvente universal, uma vez que é o melhor e mais abundante solvente que existe no universo para formar soluções interativas... Mas o que torna a água tão universal assim? 
Propriedades da água
Natureza química da molécula de água
Devido a geometria da molécula, ela ganha a configuração de um poderoso dipolo elétrico, que nada mais é que um sistema constituído de duas cargas elétricas de sinais contrários, separadas por uma ligação química;
Atenção: a molécula de água não tem carga elétrica, ou seja, não é um íon!!! Simplesmente os prótons e elétrons se distribuem de modo desigual ao longo da molécula, criando, polaridade.
Estrutura de um átomo!
Quanto um átomo não é mais neutro, isto é, apresenta um desiquilíbrio entre prótons e elétrons, é denominado de íon!
Pontes de hidrogênio
As moléculas de água interagem entre si, realizando pontes de hidrogênio, formando uma verdadeira “rede”, e, apesar de ligadas umas as outras, o conjunto tem grande mobilidade o suficiente para se configurar como um fluido. 
Ponte de hidrogênio
Formação de uma solução interativa: dissolução do NaCl na água
Sal de cozinha é um íon formado a partir de sódio (Na+) e cloro (Cl-);
Existe uma força elétrica que mantém a coesão entre os átomos de sódio e cloreto, que apresentam cargas opostas;
Essa coesão é tão forte que, para romper tais ligações (ou seja, transformar o cloreto de sódio em um fluido), é necessário elevar a temp. a 800° C.
Máximo de 250° C.
Mas se é tão difícil desassociar as ligações do sal, o que acontece quando o colocamos na água?
A força da ponte de hidrogênio contida na água é tamanha, que destrói até um cristal que, teoricamente, precisa estar a 800° C para ser desfeito.
A força que liga o sódio ao cloreto é menor do que a força que liga estes íons à água. Logo, a água atrai cada íon para si, e, então, a ligação iônica se quebra. 
Podemos concluir que as soluções interativas são mais complexas que as difusivas. Pois, por via de regra, as interativas envolvem moléculas polares ou íons. Então, várias forças (como campo elétrico), que não só a difusão, norteiam o comportamento dessas misturas;
Pont
As
Pressão parcial de um gás
Um gás é um fluido, portanto, exerce pressão em seu continente (recipiente); 
Essa pressão é produzida pela força que esse gás exerce sobre a parede de seu recipiente, e a causa dessa força é o somatório dos choques das moléculas do gás contra a parede: quanto mais choques, mais pressão.