Biofísica da água

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CONSTANTE DIELÉTRICA 
 
 
 
Medicina – UFCG 
Aula 2 – Biofísica 
Yahanna Estrela 
 
Biofísica da água 
 
1. Principal componente corpóreo. 
2. Suas propriedades físico-químicas peculiares são 
fundamentais para a fisiologia humana. 
 
 
IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA ÁGUA 
 
 A água é essencial para o bom funcionamento do 
organismo. 
 É necessário consumir uma grande quantidade de água 
durante o dia, visto que há perda do composto durante 
atividades corporais. 
 É importante manter um equilíbrio entre ganhos e perdas 
de água. 
 
 
 
 
 Perda pela pele: perda fixa, pode variar em casos de 
lesões. O ser humano é rico em água. Há uma 
tendência natural de difusão do meio mais 
concentrado para o menos concentrado, por isso 
ocorrem perdas. 
 Perda pelos pulmões: a perda de água ocorre pela 
sua vaporização na mucosa respiratória. É um 
processo fundamental para manter a integridade do 
trato respiratório. Essa perda depende de vários 
fatores, como o número de ciclos respiratórios, da 
pressão de vapor de água, etc. 
 Perda pelo suor: mecanismo fundamental no 
controle da temperatura corpórea. Pode ser 
aumentada quando há um desequilíbrio térmico ou 
aumento do metabolismo. 
 Perda pelas fezes: perda fixa, dificilmente há 
variações. Alterações em casos de processos 
diarreicos. 
 Perda pela urina: é responsável por manter o 
balanço hídrico. 
 
Na atividade física ocorre alteração de algumas perdas de 
água: pulmões (aumento do número de ciclos 
respiratórios), suor (aumento do metabolismo), urina 
(feedback negativo: diminui a excreção de água por já 
perder em outros mecanismos), nas fezes não há 
alteração. 
 
 Percentual de água decai ao longo da vida. Quanto mais 
jovem, maior o percentual de água. O sexo também influi 
na quantidade de água. 
 Em média, 60% do peso corpóreo é constituído por água. 
40% (2/3) se encontra dentro das células (LIC) e 20% (1/3) 
fora delas (LEC). 
 
 
ÁGUA 
 
 Composto de grande estabilidade. 
 Quimicamente, nada se compara a água. 
 Solvente universal. 
 Água de solvatação consegue solubilizar até 
compostos apolares. 
 Capaz de absorver e liberar mais calor que todas as 
substâncias comuns  alto calor específico. É 
fundamental para manter o equilíbrio homeotérmico do 
corpo humano. 
 Alta mobilidade de transporte para íons H- e OH-. 
 É um bom tampão. 
 Máximo de densidade na fase líquida a 4°C. 
 Alto ponto de fusão e ebulição para uma substância com 
baixo peso molecular, não iônica e não metálica. 
 Se ela obedecesse o padrão físico-químico das 
demais substâncias, o ponto de fusão dela deveria 
ser abaixo de -100°C. 
 Única substância que se encontra nos três estados na 
natureza: sólido, líquido e gasoso. 
 
 
Todas essas características são oriundas de duas funções da 
molécula de água. Primeiro a uma característica intramolecular 
(grande diferença de eletronegatividade entre H e O, a 
molécula fica apolar) e as duas ligações covalentes (os ângulos 
entre as duas ligações covalentes é de 104,5°. Essa angulação 
aumenta a polaridade da água). As interações entre as 
moléculas de água são chamadas de pontes de hidrogênio 
(interações fracas, feitas e desfeitas a todo momento). 
 
 
 
 
Constante dielétrica está relacionada a um grupo que 
envolve várias moléculas de água e varia com a 
temperatura, por exemplo, a água possui constante 
dielétrica de 80 a 0ºC, de 78,5 a 25ºC e de 55,3 a 100ºC. 
 
PROPRIEDADES ANÔMALAS DA ÁGUA 
 
1. Dilatação anômala. 
 O comportamento padrão das substâncias é aumentar a 
densidade com a diminuição da temperatura. 
 Na água essa relação não é uniforme/linear. 
 Quando a temperatura da agua diminui, ela se contrai e 
há um aumento na densidade da substância, assim como 
nos demais compostos. Porém, quando atinge 4°C, ela se 
expande e atinge a densidade máxima, o que é anormal. 
 Quando se resfria abaixo de 4°C, ela tem uma expansão 
até atingir o 0°C, ocorrendo a solidificação e voltando a se 
contrair. 
 Assim, o gelo tem uma menor densidade e flutua. 
 É um mecanismo que protege os ecossistemas aquáticos: 
 Nos lugares quentes, quanto mais próximo da superfície, 
maior a temperatura da água. Em ambientes de clima frio 
possibilita haver vida abaixo do gelo. Na camada logo abaixo 
do gelo, a temperatura é 0°C e, de acordo com a 
profundidade, as camadas de água, tem-se um aumento da 
temperatura, permitindo a vida de animais aquáticos. 
 
2. Calor específico 
 A água tem elevado calor específico 
 É a quantidade de energia térmica que deve ser fornecida 
a uma substância para alterar sua temperatura em 1ºC  
tanto para aumentar quanto para diminuir. 
 Por essa propriedade, todos os sistemas que tem água 
estarão bastante protegidos contra variação externa de 
temperatura. 
 Água: 1 kcal – 1°C/L. Ou seja, para aquecer 1L de água é 
preciso adicionar 1kcal para conseguir aumentar 1°C. 
Para resfriar, tem que tirar 1kcal para diminuir 1ºC. 
 O hélio é utilizado para resfriar equipamentos de exames, 
por ter maior calor específico que a água. 
 
3. Calor de vaporização 
 Água tem elevado calor de vaporização. 
 É a mudança do estado líquido para o estado gasoso, sem 
atingir a temperatura de ebulição. 
 Essa mudança ocorre muito no nosso corpo. Nosso corpo 
vaporiza tanto na pele, por meio das glândulas 
sudoríparas (manutenção da temperatura corpórea), 
quanto na mucosa respiratória (manutenção da pressão 
do vapor de água). 
 
Isso é vantajoso pois evita a desidratação, já que para 
desidratar um sistema biológico é necessário gastar mais 
energia. Impede que se perca energia desnecessariamente. 
Além de ser importante para o controle da temperatura 
corporal: sudorese e respiração pulmonar. 
 
 Quanto menor o calor de vaporização, maior será a 
volatilidade. 
 
4. Tensão superficial. 
 A água possui elevada tensão superficial. 
 É uma espécie de membrana que impede a penetração na 
massa líquida. 
 Mantém a coesão da bicamada fosfolipídica de todas as 
membranas biológicas. 
 Ocorre na interface de um meio com outro, visto que as 
moléculas de água que estão na superfície de contato 
com o outro meio (superfície mais externa) não 
conseguem produzir o mesmo número de interações 
intermoleculares que as moléculas mais profundas 
(internas.) 
 Logo, as moléculas da última camada só interagem com 
as moléculas laterais, fazendo com que as ligações sejam 
quimicamente mais fortes, proporcionando rigidez e a 
formação de uma película de revestimento. 
 É importante para certas suspensões de medicamentos. 
 
 
Surfactante: reduz a tensão superficial da água presente no 
líquido alveolar, o que aumenta a complacência pulmonar e 
diminui o trabalho respiratório, e promove estabilidade dos 
alvéolos e pequenas vias aéreas, ao retardar/impedir seu 
colabamento. Se não houvesse a produção de surfactante 
haveria uma dificuldade nas trocas gasosas. Portanto, é 
possível dizer que o surfactante pulmonar mantém os 
alvéolos “secos”. A síndrome da angústia respiratória do 
recém-nascido (SARRN) é um distúrbio decorrente da 
produção insuficiente de surfactante pulmonar e da má 
adaptação à vida extrauterina. Cerca de 50% de incidência 
entre idade gestacional de 26 a 28 semanas e de 25% entre 
30 e 31 semanas. Continua, portanto, sendo o maior 
problema pulmonar no período neonatal. Em caso de risco 
de parto prematuro: para prevenir a síndrome da angústia 
respiratória no prematuro, deve-se fazer uma indução 
hormonal com corticoides potentes. 1 escolha: 
betametasona, depois dexametasona. Deve-se ser aplicado 
e ter no mínimo 48h antes do parto. Se o parto ocorrer 
antes dessas 48h, não há garantia de eficácia e 
provavelmente será necessária intubação. 
 
 
5. Viscosidade. 
 A água tem baixa viscosidade. 
 Caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento. 
 Quanto maior a viscosidade, menor a velocidade com que 
o fluido se movimenta. 
 À medida que a temperatura cai, a viscosidade diminui. 
 Fundamental para trocashídricas e hemodinâmicas 
(fisiologia dos sistemas) 
 Possui baixa viscosidade devido a flutuação das pontes de 
hidrogênio, que são feitas e desfeitas a todo o momento. 
 
RESUMO 
 
 A água é componente essencial para o bom 
funcionamento geral do organismo. 
- Reações químicas. 
- Constituição corporal. 
- Mecanismo de transporte. 
- Excreção. 
 Ajuda no controle de funções vitais: 
- Pressão Arterial 
- Temperatura corporal 
- Equilíbrio ácido-base 
- Equilíbrio hidroeletrolítico.