Água e equilíbrio ácido-básico

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Bioquímica
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· Água e equilíbrio ácido-básico.
· A água é uma molécula "polar", o que quer dizer que ela tem uma distribuição desigual da densidade de elétrons. Ela tem uma carga negativa parcial () junto ao átomo de oxigênio, por causa dos pares de elétrons não-compartilhados, e tem cargas positivas parciais junto aos átomos de hidrogênio.
Uma atração eletrostática entre as cargas positivas parciais dos átomos de hidrogênio e a carga negativa parcial do átomo de oxigênio resulta na formação de uma ligação de hidrogênio.
· Ligação de Hidrogênio: Ligação que ocorre entre o Hidrogênio e as moléculas FON (Flúor, Oxigênio e Nitrogênio).
· Mecanismos de Reações:
Reações Ácido-Base:
Bronsted-Lowry: um ácido é uma substância que pode doar (ou perder) um próton, e uma base é uma substância que pode receber (ou remover) um próton.
Lewis: um ácido é uma espécie química que recebe elétrons, e uma base é uma espécie química doadora de elétrons. (oxidação e redução)
· Homólise e Heterólise de ligações covalentes
A homólise (homo = igual; lise = quebra) é a quebra da ligação covalente, na qual ocorre a separação do mesmo par de elétron que a forma. Esta separação forma os radicais livres.
A Heterólise (hetero = diferente; lise = quebra), por sua vez, é a quebra de uma ligação covalente. Nela, o par de elétrons que a forma permanece em um dos átomos, o que resulta na formação de um cátion e um ânion.
· Ionização da Água
A ionização da água é composta por uma constante de equilíbrio de uma reação química.
· pH é a medida que expressa a concentração total de íon hidrogênio originário de qualquer fonte.
· Ácidos fracos e bases fracas:
· Ácidos fracos: a ionização não ultrapassa a porcentagem de 5% de moléculas.
*são importantes para as soluções tampão.
Soluções Tampão são muito importantes nos processos biológicos, pois inúmeras enzimas presentes nos organismos vivos só catalisam reações em uma estreita faixa de pH.
· Como um ácido fraco contribui na construção de uma solução tamponada?
A definição química de uma solução tampão: um ácido fraco e seu sal correspondente. O exemplo mais clássico e acessível de sistema tampão é o sangue humano. Em nosso sangue encontram-se dissolvidas muitas substâncias químicas, dentre elas ácidos e bases fracas e, consequentemente, seus sais. O pH do sangue deve estar, em uma pessoa sadia, entre 7,35 e 7,45, sendo a variação destes valores algo extremamente perigoso ao organismo. A variação de aproximadamente ± 0,4 no pH do sangue pode levar o organismo aos quadros conhecidos como acidose (alta concentração de íons H+) e alcalose (baixa concentração de íons H+), podendo acarretar alterações drásticas no funcionamento normal do sistema nervoso, através de convulsões e espasmos musculares, culminando com o estado de coma e óbito.
O sangue é tamponado por três substâncias, embora abordemos somente o tampão H2CO3/HCO3- (ácido carbônico / sal acetato). Analisemos as equações a seguir:
· O ânion HCO3-(aq) é formado por ambos os sistemas em equilíbrio químico.
· O sal se dissocia completamente, mantendo seus íons presentes na solução.
· O ácido se dissocia pouquíssimo, pois seu α é baixo (1,3%), fazendo com o mesmo se mantenha em estado molecular (sem ionizar-se).
Logo, neste cenário “perfeito”, a adição de um ácido forte (e seus respectivos H+) deslocará o equilíbrio da equação 1 no sentido da regeneração do ácido carbônico, e não alterará a acidez do meio (seu pH). Se ocorrer o contrário, a adição de uma base forte, teremos a liberação dos ânions hidroxila (OH-), que reagirão com os cátions H+, formando água, o que também não altera o pH. Tal mecanismo se repete em nosso estômago, porém com outras substâncias.
· O pKa é o valor de pH em que metade das moléculas de um dado ácido em solução está desprotonada.
Quanto maior a tendência para dissociar um próton, mais forte é o ácido e menor é o seu pKa. (quanto maior o pKa, mais fraco é o ácido).
· Curvas de Titulação: revelam o pKa do ácido fraco. Utilizada para determinar a concentração de um ácido em uma dada solução.
· Quando o titulante é uma base forte e o analito um ácido fraco, o pH no ponto estequiométrico é menor que 7. No outro caso, é maior que 7.
· A mudança lenta de pH em torno da metade do percurso nos indica que a solução age como um tampão. De fato, teremos parte do composto inicialmente presente no analito (um ácido fraco ou uma base fraca) e o sal derivado dele (uma base fraca ou um ácido fraco), constituindo uma solução tampão. 
Nesta região, o pH pode ser calculado pela equação de Henderson-Hasselbalch:
· O pKa de um ácido fraco é igual ao pH da solução no ponto médio da sua titulação.
1. Calcular o pKa do ácido lático, sabendo que, quando a concentração de ác. Lático é 0,010M e a concentração de lactato é 0,087M, o pH da solução é 4,8: