PH, PKA E TAMPÕES

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pH, pKa e tampões 
Água 
O surgimento de organismos vivos se deu em meio aquoso. 
As propriedades da água afetam a estrutura e função de todos os outros 
componentes celulares. 
 A molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de 
oxigênio ligados covalentemente. Graças a eletronegatividade do oxigênio, a 
distribuição de elétrons na molécula faz com que ela adquira uma carga parcial, dando 
a essa molécula a característica de polar: 
 
Por causa dessa polaridade, a molécula de água é capaz de estabelecer ligações de 
hidrogênio umas com as outras, o que influencia em diversas características da água, 
como seu ponto de ebulição. 
 
 
Além dessas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água, existem ligações 
de hidrogênio entre moléculas de água e alguns solutos – como aldeídos, cetonas 
e álcoois -, o que determina a solubilidade dessas moléculas em água. 
A água, por ser uma molécula polar, também estabelece interações eletrostáticas 
com solutos carregados ou polares, o que também faz com que esses solutos sejam 
solúveis em água. 
Obs.: A quantidade de moléculas dissolvidas na água afeta suas propriedades 
coligativas (pressão de vapor pontos de ebulição e congelamento e pressão 
osmótica). 
Exemplo – O que acontece se você administrar mais de 50mL de água pura em 
um paciente via endovenosa? 
Rompimento das hemácias circulantes: 
 
Osmose: passagem de água por membranas semipermeáveis, de acordo com a 
concentração de solutos dentro e fora das células. 
 
A autoionização da água: 
 
Escala de pH: usada para expressar a concentração de prótons em determinado 
ambiente aquoso: 
𝑝𝐻 = − log[𝐻+] 
 
Em ambientes ácidos, há mais prótons do que hidroxilas. Em ambientes básicos, há 
mais hidroxilas do que prótons. Em ambientes neutros, a concentração de prótons 
e hidroxilas é a mesma. 
Ácidos e bases 
De acordo com o conceito de Bronsted-Lowry, ácidos são espécies químicas 
capazes de doar prótons e bases são espécies químicas capazes de receber prótons. 
 
Nos exemplos acima, são espécies ácidas: ácido carbônico, água e amônio. Suas 
bases conjugadas são respectivamente: íon bicarbonato, hidroxila e amônia. 
Classificação de ácidos: 
a.) Fortes: dissociam-se completamente em solução aquosa, possuem bases 
conjugadas fracas; 
b.) Fracos: dissociam-se parcialmente em solução aquosa, possuem bases 
conjugadas fortes. 
Para ácidos fracos: 
 
Ka expressa a tendência que um ácido tem de liberar um 𝐻+ . 
Ex.: ácido acético (CH3COOH) 0,1M 
 
 
Quanto maior o pKa, mais fraco é o ácido. 
 
 
 
Alguns pKa de importância biológica: 
Ácido acético pKa = 4,8 
Ácido lático pKa = 3,86 
Histidina pKa = 6,0 
𝐻2𝐶𝑂3/𝐻𝐶𝑂3− pKa = 6,1 
𝐻𝐶𝑂3−/𝐶𝑂32− pKa = 10,4 
𝐻3𝑃𝑂4/𝐻2𝑃𝑂4− pKa = 2,1 
𝐻2𝑃𝑂4−/𝐻𝑃𝑂42− pKa = 7,2 
𝐻𝑃𝑂42−/𝑃𝑂43− pKa = 12,3 
 
Homeostase do pH: 
 
Nosso metabolismo produz resíduos ácidos constantemente. Entretanto, o pH do 
organismo é mantido numa faixa constante devido ao tamponamento: no fluido 
intracelular - composto por fosfato e proteínas -, e no plasma - composto por 
bicarbonato/ácido carbônico (64%), hemoglobina (função tamponante: histidina) 
(28%), proteínas (7%) e fosfato monoácido/diácido (1%). 
O tampão é um sistema que previne grandes variações de pH, o que é 
importantíssimo para a manutenção da vida. Um sistema tampão é constituído por 
um ácido fraco (doador de próton) e sua base conjugada (aceptor de próton). 
 
Um tampão é capaz de manter a concentração de H+ independentemente da 
quantidade de ácido ou base adicionados? Não, porque a espécie conjugada atua 
como limitante (capacidade tamponante limitada). 
A equação de Henderson-Hasselbach - maneira conveniente de visualizar a relação 
entre o pH de uma solução e as quantidades relativas de ácido e base conjugada 
presentes: 
 
Essa equação é utilizada para estimar o pH de uma solução tampão feita por um 
ácido e sua base conjugada e para estimar a proporção de ácido e base conjugados 
em um certo pH. 
Caso particular – se [𝐴−] = [𝐻𝐴], pH = pKa. Portanto, quando o pH da solução 
for igual ao pKa do ácido em solução, este ácido estará 50% dissociado. 
Titulação de um ácido fraco: 
 
Área retangular - região em tamponamento: 
 
Um tampão só é eficiente para manter pH próximos ao seu pKa (de pKa + 1 a pKa 
– 1). 
Capacidade de tamponamento do corpo e 
tampão bicarbonato 
O corpo tem uma enorme capacidade de tamponamento – experimento de Swan 
e Pitts (1955): 
 
E os outros 13999964nmoles/L de prótons? Foram tamponados. 
Tampão bicarbonato/ácido carbônico 
Se olharmos para a capacidade de tamponamento do plasma, o sistema 
bicarbonato/ácido carbônico é responsável por 64%. 
 
 
 
Esse tamponamento de prótons é extremamente eficiente, por ser um sistema 
aberto (não há limitação de reagente). 
Com o aumento da concentração de H+ no plasma sanguíneo, ocorre um aumento 
da frequência respiratória para que o gás carbônico seja eliminado, deslocando a 
reação química a fim de reestabelecer a concentração original de prótons. Por outro 
lado, se há uma queda da concentração de H+, ocorre uma redução da frequência 
respiratória na tentativa de reduzir a perda de CO2, evitando o deslocamento da 
reação – entretanto, esse mecanismo é pouco eficiente. 
Exemplos médicos: 
1.) Acidose metabólica: desregulação primária é metabólica. 
Mulher, 34 anos com histórico de diabetes é encontrada inconsciente em casa. A 
frequência respiratória é de 40 a 50 respirações por minuto (normal: 16 a 20 
respirações por minuto). A glicemia medida no glicômetro ultrapassa o nível de 
detecção máximo. Não há sinais de ferimentos. 
 
2.) Acidose respiratória: desregulação primária é respiratória 
Mulher, 21 anos com histórico de abuso de substâncias depressoras (medicamentos 
para dormir, predominantemente) é encontrada inconsciente, cianótica e com 
frequência respiratória de 4 respirações por minuto). Sem sinais de ferimento.