Água e sua importancia Biológica (70 a 90% do peso) Substância altamente reativa – não é um simples preenchedor de espaços Propriedades Físicas da Água Estrutura Efeito hidrofóbico Osmose e difusão 2) Propriedades Químicas da Água Ionização da Água Química Acido-base Tampões

Estrutura molecular da água 2 Hidrogênios e 1 Oxigênio Distribuição de elétrons no oxigênio: A TABELA PERIÓDICA indica número atômico 8. Número atômico 8 <<>> 8 prótons No estado fundamental temos, portanto, 8 elétrons 1s2 2s2 2p4 (6 elétrons na camada de valência) Distribuição de elétrons no hidrogênio: A TABELA PERIÓDICA indica número atômico 1. Número atômico 1 <<>> 1 próton No estado fundamental temos, portanto, 1 elétrons 1s1 (1 elétron na camada de valência)

Eletronegatividade Ex: O – 3,5; N- 3; S- 2,6; C- 2,5; H -2,1 Moleculas polares – diferença de eletronegatividade (DE) > 1,0 Ligaçao ionica - DE>2 Ex. Na (0,93); Cl (3,2) (# 2,27) Ligaçao covalente – DE (1- 2) Ex. Moleculas apolares DE <1 Ex. C-H (DE-0,4) Ligações entre átomos de elementos diferentes são até certo ponto polares – dipolo elétrico

Estrutura molecular da água Dipolo elétrico Eletricamente neutra Há distorções na formas geométricas em muitas moléculas conhecidas elétrons da camada de valência que ocupam um espaço onde não ocorre o compartilhamento com outros átomos tendem a ser mais volumosos, ocasionando a distorção na molécula Polar 4,5 Kcal/mol) 110 Kcal/mol)

Cada molécula de água é capaz de formar ponte de hidrogênio com quatro outras moléculas Compare a estrutura da água com HF, NH3 e CH4 ________________________________ PM PF PE _________________________________ H2O 18 0 100 NH3 17 -77,7 -33,4 CH4 16 -182,5 -161,5 _____________________________________ disposição assumida pelas moléculas de H2O; presença de muitas ligaçoes de hidrogênio na estrutura do gelo.

A densidade do gelo é menor que da água A estrutura da água no gelo – cristal formado por ligações de H O gelo possui 15% a mais de ligações de hidrogênio que a água No gelo, a presença de muitas ligaçoes de hidrogênio deixa a estrutura expandida e bastante porosa. A densidade do gelo é menor que da água

Qual a consequência se a água se contraísse sob congelamento? À medida que a temperatura aumenta, há enfraquecimento das ligaçoes de hidrogênio Observou-se experimentalmente que elevando-se a temperatura da água de 0oC até 4oC seu volume diminui, pois ocorre um rompimento nas pontes de hidrogênio, provocando uma aproximação das moléculas. Porém, acima de 4oC o volume da água volta a aumentar, ou seja, a anomalia da água ocorre somente no intervalo de 0oC a 4oC. OBS: A densidade da água varia inversamente com o seu volume V. Logo, de 0 oC a 4 oC, como o volume diminui, a densidade da água aumenta. Acima de 4 oC, como o volume aumenta, a densidade diminui. Qual a consequência se a água se contraísse sob congelamento?

Propriedades físico-químicas da água Ta fusão (oC) Ta ebulição (oC) Calor de vaporização(J/g) Forças de atração entre as moléculas na água líquida, sua coesão interna, sao relativamente elevadas (calor de vaporização elevado)

Algumas ligações de hidrogênio de importancia biológica Pontes de hidrogênio são ligações relativamente fracas (cerca De 18,8 kJ/mol

Propriedades solventes da água a força de atração entre dois ions é inversamente proporcional ao valor da constante dielétrica do solvente Constante dielétrica F= e1e2 / Dr2 DH2O = 80 D etanol = 24 D hexano =1,9 a força de atração do NaCl na água é cerca de 43 vezes menor do que em hexano Efeito dissociador Camada de solvatação Os solventes polares enfraquecem as forcas de atração entre ions de cargas opostas, mantendo-os separados

Por que essas moleculas são soluveis em água?

Efeito hidrofóbico

Moleculas anfifílicas formam micelas e bicamadas

Efeito dos solutos nas propriedades da água Abaixamento da: pressão de vapor do solvente temperatura de congelamento do solvente Elevação da temperatura de ebulição do solvente

Osmose – movimento passivo de solvente

Diálise – movimento de solutos Solutos menores que o tamanho dos poros da membrana de diálise passam livremente Util para separar moleculas grandes (proteinas, acidos nucleicos de moleculas pequenas) Membrana de celofane solvente solução a ser dialisada

Propriedades químicas da Agua A- Ionização da Agua H2O  H+ + OH-  1000g/L = 55g/mol 18 g/mol Ka = [H+] [OH-] / [H2O] Ka = [H+] [OH-]/55,5 1,8 10 -16. (55,5) = [H+] [OH-] Kw = [H+] [OH-] Kw= 10 -14 Agua pura - [H+] = [OH-]

Saltos de prótons – velocidade alta

Sangue humano é levemente básico [H+]= 4 x 10-8 M pH = -log [H+]

Química ácido-base

pH = -log [H+] K = [H+] [OH-] / [H2O] Ka = K [H2O]= [H+] [A-] / [HA] -log K = - log [H+] [A-] / [HA] pH = pK + log [A-] / [HA]

A força de um ácido é especificada por sua constante de dissociação Ka = K[H2O] A força de um ácido é especificada por sua constante de dissociação

Aplique seu conhecimento: Calcule as quantidades relativas de acido acético (ka=1,76 x 10-5) e ion acetato presentes quando 1 mol de ácido acetico é titulado com hidróxido de sodio. a)0,1 mol de NaOH é adicionado; b)0,3 mol de NaOH é adicionado c)0,5 mol de NaOH é adicionado d)0,7 mol de NaOH é adicionado e)0,9 mol de NaOH é adicionado

Efeito do pH na atividade de algumas enzimas

Como os tampões funcionam? O que acontece quando adicionamos 1 ml de HCl 0,1 M a 99 ml de água? E se for 1ml de NaOH 0,1 M? HCl  H3O+ + Cl- 1 ml = 10-3 L 10-3 L x 0,1M = 10-4 moles 10-4 moles/ 0,1 L = 10-3 M pH = -log [H+] = 3 NaOH <--> Na+ + OH- H3O+ = 10-14/10-3 H3O+ = 10-11 pH - 11 Se em vez de água utilizássemos tampão fosfato pH 7?

Resoluçao: pH=7; pka= 7,2 pH = pKa + log HPO4-2] [H2PO4-] Antes da adiçao de HCl 0,063 1 X 10 -7 0,1 HCl adicionado 1 X 10 -3 Depois do HCl reagir 0,062 ? 0,101 pH = pKa + log HPO4-2] [H2PO4-] pH = 7,2 + log 0,062 0,101 pH = 6,99

Pense: Como escolhemos um tampão? Como preparamos tampões em laboratório? Os tampoes estão presentes nos organismos vivos?

Fluidos intra e extra celulares dos organismos vivos Tampão intracelular – fosfato pk’- 7,2 (H2PO4/ HPO4-2 ) Histidina (pk’-6,0) - hemoglobina Tampão extracelular – bicarbonato pK’- 3,8 (sangue e fluido intersticial) Faixa tamponamento: em pH 7,0

Tampões –sistema tampão bicarbonato (20) (1) Anidrase carbônica

SOLUÇÕES AQUOSAS E QUÍMICA ÁCIDO-BASE PREPARO DE SOLUÇÕES A- Concentrações baseadas no volume Molaridade (M) = m/ PM. V (l) Normalidade (N) = m/ PE. V (l) Porcentagem peso/volume (%p/v) = Força iônica – Mede a concentração de cargas em solução =1/2  MiZi2 B-Concentrações baseadas no peso Porcentagem peso/peso (%p/p) =  = densidade =peso por unidade de volume C- Concentração baseada no grau de saturação Porcentagem de Saturação = concentração do sal em solução como uma porcentagem da concentração máxima possível a uma dada temperatura

Exemplos 1) Quantos gramas de NaOH sólido são necessários para preparar 500 ml de uma solução 0,04M? Exprimir a concentração desta solução em termos de N, g/l, %p/v, mg%. 2) Quantos mililitros de H2SO4 5 M são necessários para preparar 1500 ml de uma solução H2SO4 0,002 M? 3) Qual a força iônica de uma solução de Fe2(SO4)3 0,02 M. 4) Descreva a preparação de 2 litros de HCl 0,4 M iniciando com uma solução concentrada de HCl (HCl 28% p/p, Densidade-1,15).

5) Qual a concentração do íon H+, o pH a concentração de OH- e o pOH de uma solução 0,001 M de HCl? 6) O ácido fraco HA está 0,1% dissociado numa solução 0,2M. a) qual é a constante de equlíbrio para a dissociação do ácido (Ka)? Qual é o pH da solução? 7) Calcular o pH do tampão fosfato preparado pela mistura de 0,05 moles de K2HPO4 e 0,05 moles de KH2PO4 em 1 litro de solução. O pKa2 do ácido fosfórico é 6,8. 8) Qual o peso, em gramas, de NaH2PO4 (PM=138,01) e Na2HPO4 (PM=141,98) necessário para se obter 1 l de uma solução tampão com pH 7,0 (pk=6,86) e concentração total de fosfato 0,1 M?

9) Deseja-se preparar um tampão de ácido bórico 0,2 M com pH 9,0 9) Deseja-se preparar um tampão de ácido bórico 0,2 M com pH 9,0. Que quantidades de ácido bórico e de borato de sódio seriam necessárias para o preparo de 1 litro desta solução? Dispõe-se de H3BO3 (PM=61,8) e NA3BO3 (PM=127,8) e sabe-se que o pKa do ácido bórico é igual a 9,24. 10) Calcule os valores apropriados e desenhe a curva de titulação de 500 ml de um ácido fraco HA com KOH 0,1 M, Ka = 10-5