Matheus - Aula água, pH e soluções tampão pdf

Prévia do material em texto

Água, pH e soluções 
tampões 
Prof.: Matheus de Souza Gomes 
Disciplina: Bioquímica I 
Patos de Minas 
Conteúdo 
• Água 
– Importância e Estrutura 
– Estados físicos e Ligação de Hidrogênio 
– Água como solvente 
– Interação entre biomoléculas em sistema aquoso 
• Propriedades coligativas 
• pH 
– Ionização da água 
– Constante de equilíbrio (Keq) e produto iônico da água (Kw) 
– Escala de pH 
– pKa e curvas de titulação dos ácidos fracos 
• Soluções Tampões 
– Definição e função 
– Equação de Henderson–Hasselbalch 
– Exemplos 
• Exercícios 
Água, pH e soluções tampão 
• Importância 
– Principal componente da maioria das células 
• ~ 70% do peso de uma célula 
– A maioria das reações Bioquímicas ocorrem na água 
– “A água participa ativamente das reações” – Não é inerte 
• A geometria da molécula da água 
– Ângulo – Estrutura tetraédrica 
– Carga parcial - eletronegatividade 
• Ligação de hidrogênio 
Água 
• Lig. de H biologicamente importantes 
– Água - Carboidratos, proteínas 
– DNA - A = T 
– Proteína X Proteína 
Água 
• Água líquida 
– 3,4 Lig de H. 15% a menos que o gelo 
– Rede de lig. de H instável 
• Solvente Universal 
– Formação de Lig. de H com o soluto 
– Dissolve compostos carregados e polares 
– Aumenta a entropia (Dissolve solutos) -Delta G negativo 
– Hidrofílicos e Hidrofóbicos 
 
Água 
• Hidrofílicos e Hidrofóbicos 
• Grego – Afinidade, Gosta X Tem medo 
• Compostos anfipáticos 
 
 
 
Água 
As moléculas 
anfifílicas 
formam micelas 
e bicamadas 
• Solutos alteram as propriedades 
coligativas da água 
– Ex: ponto de ebulição e fusão 
Água 
• Efeito na osmolaridade 
– Osmose – movimento da água por uma membrana 
semi permeável – Baixa [ ] para Alta [ ] 
• Membrana plasmática 
• Equilíbrio osmótico (manter a integri- 
dade celular) - lise celular 
– Meio isotônico, hipotônico 
e hipertônico 
– Animais multicelulares 
• Plasma sanguineo - albumina 
• Fluido intersticial e Citosol com 
a mesma osmolaridade 
 
Água 
• Propriedades químicas da água 
– Levemente ionizada - eletrólito fraco H2O + H2O <-> H3O
+ + OH- 
 
 
 
• Keq – Constante de equilíbrio 
 
 
 
• Kw - Constante de ionização, constante de dissociação, constante 
de auto-ionização ou produto iônico da água 
pH 
[H2O] = 55,5 M 
Kw = 1,8 X 10-16 . 55,5 M = 
 
1,0 X 10-14 
Kw a 25o C 
Keq para água pura a 25ºC tem sido determinada ser 1,8 x 10
-16 M 
H20  H
+ + 0H 
Keq = [H+] [OH-]/[H20] = 1,8 x 10
-16 
PM = 1000/18/litro = 55,55 M 
Kw = Keq . [H2O] = [H
+] [OH-] 
 
 
• Quando [H+] é maior que 10-7 M, [OH-] necessariamente é 
menor, e vice-versa. 
– Neutras: [H+] = 10-7 M 
– Ácidas : [H+] > 10-7 M 
– Básicas : [H+] < 10-7 M 
• Escala de pH – 0 a 14 
– pH = -log[H+] = log1/[H+] 
– pOH = -log[OH-] 
– pKw = pH + pOH = 14 
– Elevação ou diminuição de um dígito de pH representa uma 
mudança de 10 vezes na [H+] 
• Uma solução de pH 7,0 tem 10 vezes mais [H+] do que uma 
solução de pH 8,0 
pH 
Kw = 1,8 X 10-16 . 55,5 M = 
 
1,0 X 10-14 
Água pura - [H + ] = [OH − ] = 1,0 x 10-7 mol . L-1 
• Importância: Estruturas das biomoléculas e a eficiência dos 
processos bioquímicos são dependentes da [H+] ou do pH. 
pH 
Exercício 1 
 O valor da Keq para a ionização da água pura a 25ºC é 
1,8 x 10-16 por medidas de condutividade elétrica. O 
valor da Keq é dependente da temperatura, sendo 4,4 x 
10-16 a 37°C (temperatura fisiológica). Calcule o valor do 
produto iônico da água na temperatura fisiológica e 
compare o pH da água pura a 25 e 37 ºC. 
 
Exercícios 
Solução 
 
Keq = [H
+].[OH-]/[H2O] = [H
+].[OH-]/55,5M 
Kw = Keq (55,5M) = [H
+].[OH-] 
Kw a 37°C = (4,4 x 10
-16).(55,5) = 2,4 x 10-14 
[H+] a 37ºC = raiz quadrada de 2,4 x 10-14 = 1,6 x 10-7 M 
pH = -log 1,6 x 10-7 = 6,8 
Para a água pura, o pH a 37ºC é 6,8, enquanto a 25°C é 7,0. 
Portanto para cada 1ºC, acerte o pH em 0,0167 no preparo de 
soluções. 
Exemplo: 4C ----- 7,45 
 25C ----- 7,0 
 37C ----- 6,8 
 
Exercícios 
Exercícios 
1 - Calcular o pH de uma solução 4 x 10-4 mol L-1 
de HCl. 
2 - Qual o pH de uma solução 0,01M de HCl? E de 
uma solução 0,02M de NaOH? 
3 – Calcular para uma solução 0,001 M de H2SO4. 
a- [H+] 
b- [OH] 
c- pH 
d- pOH 
 
Exercícios 
• Soluções aquosas de: 
– Ácidos Fortes 
• sofrem ionização completa 
– Ácidos Fracos 
• Sofrem ionização parcial dependente do pH 
• Maior interesse para os bioquímicos 
• São comuns em sistemas biológicos 
• Participam do metabolismo 
Ácido-base 
Ácido => Doador de prótons 
Base => Aceptor de prótons 
Ácido fraco Base Base conjugada 
do ácido 
Ácido conjugado 
da base 
Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry 
 
 
 
 
 
 a tendência de se dissociar um próton  Ka  pKa 
 
  a tendência de se dissociar um próton  Ka  pKa 
 
Água 
pKa = -log ([H +] . [A-]/ [HA]) 
= log 1/Ka ou –log Ka 
Ka = [H+] . [A-]/ [HA] 
HA  H+ + A- 
• Exemplo de pares ácido-base => doador e aceptor de prótons 
Água 
• Curvas de titulação revelam o pKa dos 
ácidos fracos 
– Uma base forte é adicionada na solução até 
que o ácido seja consumido (neutralizado) 
• Indicador de pH ou pHmetro 
• Fenolftaleína – incolor pH abaixo de pH 8,2 e 
rosa acima de 8,2 
Água 
HA  H+ + A- 
Soluções tampão 
HA  H+ + A- 
pKa = pH no qual [HA] = [A-] 
pH da solução equimolar de ácido e base 
conjugada é igual ao pKa 
• Soluções tampão 
– Capacidade de uma substância em manter relativamente 
constante o pH da solução em questão 
– Equilíbrio ácido-base – Faixa ideal - pH no qual pKa > ou < 1 
Soluções tampão 
 
ácido fraco e um sal desse ácido, ou, então, uma base fraca e um sal dessa base 
• Equação de Handerson-Hasselbach 
– Relaciona pH, pKa e concentração do par 
tampão 
 
 
– Ou seja, quando [HA] = [A-] , pH = pKa 
• Tampões celulares 
– Tampão fosfato 
– Tampão bicarbonato 
 
Soluções tampão 
 
pH = pKa + log [Aceptor de prótons] / [Doador de prótons] 
1) Um ácido hipotético HA tem pKa = 5,0. Como você faria 
para preparar um tampão 0,2M de pH = 4,2? 
2) Como você faria para preparar um litro de tampão de 
acetato de amônio 0,1M e pH = 9,5 (pKa da amônia = 
9,3) 
3) Calcular a concentração de ácido acético e acetato em 
um tampão acetato 0,1M de pH 4,5 (Ka = 1,86 x 10
-5) 
Exercício