propriedades da água, ph, tampões

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Propriedades físico-químicas 
da água 
ÁGUA 
“Hidróxido de hidrogênio" ou "monóxido de hidrogênio" ou ainda 
"protóxido de hidrogênio” é uma substância líquida que parece 
incolor a olho nu em pequenas quantidades, inodora e insípida, 
essencial a todas as formas de vida, composta por hidrogênio e 
oxigênio. 
FUNÇÕES DA ÁGUA 
• TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS 
• FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS 
• TERMORREGULAÇÃO 
• LUBRIFICANTE 
• REAÇÕES DE HIDRÓLISE 
• EQUILÍBRIO OSMÓTICO 
• EQUILÍBRIO ÁCIDO BASE 
VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA 
• ESPÉCIES 
Água-viva - 98% de água 
Sementes - 10% de água 
Espécie humana - 70% de água 
nos mamíferos uma desidratação 
de mais de 10% já é fatal. 
VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA 
• IDADE 
Feto humano – 94% de água 
Recém-nascido – 80% de água 
Adulto – 70% de água 
 
• METABOLISMO 
A quantidade de água é diretamente proporcional à atividade metabólica da 
célula. 
Neurônio – 80% de água 
Célula óssea – 50% de água 
 
Órgão Porcentagem de água 
 
 Encéfalo de embrião 92,0% 
 Músculos 83,0% 
 Pulmões 70,0% 
 Rins 60,8% 
 Ossos 48,2% 
 Dentina 12,0% 
 
 
VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA 
Corpo Humano – Perdas diárias: 
 
Respiração - 0,4 litros 
 
Urina - 1,2 litros 
 
Transpiração - 0,6 litros 
 
Evacuação - 0,1 a 0,3 litros 
 
TOTAL - 2,5 litros 
 
Quanta água precisa repor por dia: 
Beber água - 1,5 litros. Ingerir alimentos - 1,0 litro 
VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA 
ESTRUTURA DA ÁGUA 
–Átomo de Hidrogênio compartilha um par de elétrons com o oxigênio 
–Pares de elétrons não compartilhados geram uma carga parcial (-). 
 
Como gás é um dos mais leves, 
Como líquido é muito denso, 
Como sólido é pouco denso, 
 
A vida depende destas 
propriedades anômalas! 
(O átomo de oxigênio é mais "eletronegativo" que o átomo de hidrogênio, ou seja, tem mais "afinidade" pelos elétrons). 
INTERAÇÕES FRACAS 
Ligações de hidrogênio 
Interações iônicas 
Interações hidrofóbicas 
Interações de van der Waals 
Biomoléculas Anfipáticas: 
Proteínas 
Pigmentos 
Certas vitaminas 
Esteróides e fosfolipídios de membrana 
INTERAÇÕES MOLECULARES 
PONTES DE HIDROGÊNIO 
• Atração eletrostática resultante entre o átomo de oxigênio de uma molécula de 
água e o átomo de hidrogênio de outra molécula de água; 
• As pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações covalentes; 
• Cada molécula de água se une mediante pontes de Hidrogênio a 3 ou 4 
moléculas . 
• A fluidez da água se deve a meia-vida curta das ligações: 10-9seg. 
• Pontes de hidrogênio não são restritas à água. Podem ser formadas entre um 
átomo eletronegativo (O, N) e um átomo de hidrogênio ligado a um outro 
átomo eletronegativo; 
 
PONTES DE HIDROGÊNIO 
Como o oxigênio é mais eletronegativo ("força de atração dos elétrons") que o 
hidrogênio, este acaba deixando os elétrons mais próximos dele, formando ao 
seu redor uma nuvem eletrônica negativa (uma carga aparente). 
Assim, os hidrogênios ficam com nuvens positivas caracterizando pólos distintos; 
dessa maneira, chegamos a primeira característica dessa molécula: ela é um 
composto Polar. 
INTERAÇÕES ENTRE MOLÉCULAS 
• Interação hidrofóbica 
• Interação de Van der Waals 
Moléculas anfipáticas 
INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS 
INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS 
soma de todas forças atrativas ou repulsivas, que não sejam forças devidas 
a ligações covalentes entre moléculas ou forças devido à interação eletrostática 
de íons. 
 
Existem três interações distintas: 
1. força entre dois dipolos permanentes (Força de Keesom) ex: HCl 
2. força entre um dipolo permanente e um pólo induzido (Força de Debye) 
3. força entre dois dipolos instantaneamente induzidos (Força de dispersão 
London) 
FORÇA DE VAN DER WAALS (atração entre dipolos covalentes fracos ) 
Quando dois átomos não carregados são colocados bem próximos 
um do outro, as suas nuvens eletrônicas influenciam uma à outra. 
 Várias propriedades peculiares da água são devidas 
às pontes de hidrogênio. 
• Elevado calor de vaporização; 
• Uma forte tensão superficial; 
• Um alto calor específico; 
• Propriedades solventes quase universais. 
• O efeito hidrofóbico, ou seja, a exclusão de compostos contendo 
carbono e hidrogênio (compostos apolares), é outra propriedade da 
água causada pelas ligações hidrogênio. Ex: membranas celulares 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
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. 
Calor específico: Atua no 
equilíbrio da temperatura 
dentro da célula, impedindo 
mudanças bruscas de 
temperatura, que afetam o 
metabolismo celular. 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
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. 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
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. 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
TENSÃO SUPERFICIAL 
• A tensão superficial de um líquido é a quantidade de 
energia requerida para reduzir ao mínimo a sua área 
superficial. 
• A água liquida tem uma tensão superficial 
extremamente elevada, explicada pelas ligações por 
pontes de hidrogênio que mantêm as moléculas 
fortemente unidas 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
ÁGUA COMO SOLVENTE 
Poder de dissolução: muito grande. É, por isso, considerada o 
solvente universal. Essa propriedade é muito importante, pois 
todas as reações químicas celulares ocorrem em solução. 
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. Formação de pontes 
de hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila. 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
H2O DISSOLVE ESTRUTURAS CRISTALINAS 
(NaCl) 
PROPRIEDADES DA ÁGUA 
SOLUBILIDADE: MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS 
Substâncias anfipáticas 
(fosfolipídeos, proteínas, ácidos 
nucléicos) – A água forma micelas, 
interagindo com a porção 
hidrofílica e repelindo a porção 
hidrofóbica 
 
IONIZAÇÃO DA ÁGUA 
• Moléculas de água: tendem a ionizar-se (reversível): H2O H
+ + OH- 
• A 25°C uma pequena porção de moléculas da água estão ionizadas. 
• Água pura: pH neutro 
• Ácidos ou bases dissolvidos na água produz H+ (ácidos) e OH- (bases). 
 
Numa reação de ionização há sempre 
um par ácido-base conjugado. Para 
cada doador de próton (ácido) há 
sempre um receptor (base). 
POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (Ph) 
• A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de Ph 
• O pH é definido como o logaritmo negativo da [H+] 
 
 
 
 
 
• A escala de pH varia de 1 até 14, uma vez que qualquer [H+] está 
compreendida na faixa de 100 a 10-14. 
 
pH = -log [H+] 
POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (Ph) 
IMPORTÂNCIA DO pH 
• Atividade catalítica das enzimas; 
• Conformação de proteínas; 
• Transporte de O2; 
• Dissociação de moléculas; 
 
 
pH x HOMEOSTASIA 
Homeostasia é a constância do meio interno 
 
 Equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a 
livre remoção desses íons do organismo. 
 
 O organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, 
consequentemente o pH sanguíneo, dentro da normalidade, ou 
seja manter a homeostasia . 
ALTERAÇÕES DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO 
ALTERAÇÕES DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO 
Condição Causas possíveis 
acidose 
respiratória 
apnéia ou capacidade pulmonar prejudicada, com acúmulo de CO2 nos 
pulmões. 
acidose 
metabólica 
ingestão de ácido, produção de cetoácidos no diabetes descompensadoou disfunção renal. 
(Em todas elas, há um acúmulo de H+ não decorrente de um excesso de 
CO2.) 
Condição Causas possíveis 
alcalose 
respiratória 
hiperventilação, produzindo diminuição do CO2 no sangue. 
alcalose 
metabólica 
ingestão de álcali (base), vômitos prolongados (perda de HCl) ou 
desidratação extrema levando a retenção de bicarbonato pelos rins. 
(O aspecto comum é a perda de H+ não decorrente de uma baixa do CO2 
sangüíneo) 
 
Acidose respiratória 
Caracterizada por diminuição do pH e 
aumento da pCO2. Ocorre devido a 
uma hipoventilação pulmonar que 
leva ao acúmulo de CO2. 
 
Causas da hipoventilação: 
obstruções no trato respiratório, 
pneumonia, enfisema, transtornos 
neuromusculares, doenças ou drogas 
que deprimem o SNC (centro 
respiratório) ou inalação de CO2 em 
excesso. 
 
Resposta compensatória: 
- rim: aumento da retenção de HCO3
- 
e excreção de íons H+ 
Alcalose respiratória 
Caracterizada por aumento do pH e 
diminuição da pCO2. Ocorre devido a 
uma hiperventilação Pulmonar. 
 
 
Causas da hiperventilação: 
febre, ansiedade, dor intensa ou 
estresse, diminuição da pressão 
atmosférica (grandes altitudes). 
 
 
 
 
Resposta compensatória: 
- rim: diminuição da retenção de 
HCO3
- e da excreção de íons H+ 
ALTERAÇÕES DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO 
Acidose metabólica: 
Caracterizada por queda no pH e na 
concentração de HCO3-. 
 
Causas: 
Aumento de íons H+ ou perda de HCO3
-. 
Aumento de H+: acúmulo de ácido lático ou 
corpos cetônicos, exercício exagerado, jejum 
prolongado e diabetes. 
Perda de HCO3
-: falha renal na retenção de 
HCO3
- ou na excreção de H+, ou perda de 
bicarbonato devido a uma diarréia severa. 
 
Resposta compensatória: 
- pulmão: hiperventilação = diminui a pCO2 
- rim: aumento da reabsorção de HCO3
- e 
excreção de íons H+ 
Alcalose metabólica: 
Caracterizada elevação no pH e na 
concentração de HCO3
-. 
 
Causas: 
Ingestão excessiva de álcalis (exemplo 
bicarbonato de sódio como antiácido) ou 
perda de ácido pelo organismo, como 
ocorre no vômito prolongado. 
 
 
 
 
Resposta compensatória: 
-pulmão: reduz a taxa de ventilação = 
aumento da pCO2 
 
ALTERAÇÕES DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO 
 O poder solvente da água exerce um papel fundamental nos 
processos biológicos devido as suas propriedades ácido-base. 
 O grau de dissociação da água em íons hidrogênio (H+) e 
hidroxila (OH-) é determinante das propriedades ácido-base nos 
sistemas biológicos. 
pH pH 
suco de limão 2,2 – 2,4 urina humana 4,8 – 8,4 
vinho 2,8 – 3,8 leite de vaca 6,3 – 6,6 
vinagre 3,0 saliva humana 6,5 – 7,5 
suco de tomate 3,5 água potável 6,5 – 8,0 
cerveja 4 – 5 sangue humano 7,3 – 7,5 
queijo 4,8 – 6,4 água do mar 8,3 
AUTODISSOCIAÇÃO DA ÁGUA E A ESCALA DE pH 
AUTODISSOCIAÇÃO DA ÁGUA E A ESCALA DE pH 
MEDIDAS DE pH 
 Um tampão resiste ás variações no pH porque ele contém tanto 
espécies ácidas para neutralizar os íons OH- quanto espécies 
básicas para neutralizar os íons H+. 
TAMPÕES 
TAMPÕES 
 Sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH 
quando pequenas quantidades de ácido [H+] ou base [OH-] são 
adicionados. 
 Uma solução tampão é formada por um ácido fraco e sua base 
conjugada ou vice-versa. 
HA + A- = Tampão  a adição de pequenas quantidades de H+ 
serão neutralizadas por A- e ou de OH- pelo H+ do HA, mantendo o 
pH constante. 
TAMPÕES 
TAMPÕES 
 Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH. 
 
 A capacidade de tamponamento (ou “poder tampão”) é uma 
propriedade importante em sistemas biológicos, para os quais 
uma alteração rápida de pH pode ter consequências 
desastrosas. 
 
 O bicarbonato, fosfato e as proteínas são os principais 
tampões do fluido intracelular, em conseqüência da presença 
de grupos dissociáveis contidos em resíduos de aminoácidos 
ácidos (glutâmico e aspártico) e básicos (lisina e histidina). 
 
 
• Sistema Tampão Bicarbonato 
– É um sistema tampão fisiológico efetivo 
– Principal tampão do espaço extracelular: ácido carbônico/Bicarbonato 
– Componentes: Ácido (H+) e Básico (íon bicarbonato HCO3
-) 
– O ácido carbônico é formado a partir de CO2 e H2O e está em equilíbrio com o 
reservatório de CO2 localizado nos pulmões. 
TAMPÕES 
pH arterial = 7,40 pH venoso = 7,35 
H2O + CO2 H2CO3 H2 CO3 H
+ + HCO3
- 
No sangue: 
SISTEMA TAMPÃO BICARBONATO 
Os componentes do sistema-tampão do bicarbonato são produzidos metabolicamente 
em grande quantidade. Portanto, o corpo não depende da ingestão de compostos 
exógenos ou de sínteses complexas para a manutenção desse sistema-tampão. 
Quando H+ é adicionado no sangue, a concentração de H2CO3 aumenta, aumentando a 
concentração de CO2 no sangue, aumentando a pressão deles nos espaços aéreos e o 
CO2 é expirado 
SISTEMA TAMPÃO FOSFATO 
 Moléculas ricas em fosfatos, como ácidos nucléicos, ATP/GTP, bem como 
íons fosfatos (Fosfato de sódio [NaH2PO4] e ácido fosfórico [H3PO4]) 
constituem um sistema tampão eficiente nas células. 
 
 Baixa concentração desse sistema no líquido extracelular, mas bastante 
presente nos líquidos tubulares renal. 
 
SISTEMA TAMPÃO DAS PROTEÍNAS 
Representa aproximadamente ¾ da capacidade tampão do 
organismo devido a elevada concentração das proteínas 
intracelulares e plasmáticas. 
PROTONAÇÃO E DESPROTONAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
PROTONAÇÃO E DESPROTONAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
pK [carboxila] 
pK [amina] 
50% protonada 
50% desprotonada 
A existência de 3 platôs se deve aos 
três grupamentos ionizáveis na 
molécula do glutamato. 
Diminuição de H+ 
Adição de base forte 
PROTONAÇÃO E DESPROTONAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
Dúvidas? 
“Do mesmo modo que o metal enferruja com a ociosidade e a água parada 
perde sua pureza, assim a inércia esgota a energia da mente”. 
Leonardo da Vinci