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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
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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)
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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
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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)
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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 NH , ,4 CH , ,5 _____________________________________ disposição assumida pelas moléculas de H2O; presença de muitas ligaçoes de hidrogênio na estrutura do gelo.
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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
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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?
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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)
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Algumas ligações de hidrogênio de importancia biológica
Pontes de hidrogênio são ligações relativamente fracas (cerca De 18,8 kJ/mol
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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
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Por que essas moleculas são soluveis em água?
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Efeito hidrofóbico
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Moleculas anfifílicas formam micelas e bicamadas
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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
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Osmose – movimento passivo de solvente
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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
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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, (55,5) = [H+] [OH-] Kw = [H+] [OH-] Kw= Agua pura - [H+] = [OH-]
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Saltos de prótons – velocidade alta
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Sangue humano é levemente básico
[H+]= 4 x 10-8 M pH = -log [H+]
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Química ácido-base
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pH = -log [H+] K = [H+] [OH-] / [H2O] Ka = K [H2O]= [H+] [A-] / [HA] -log K = - log [H+] [A-] / [HA] pH = pK + log [A-] / [HA]
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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
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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
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Efeito do pH na atividade de algumas enzimas
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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 = 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?
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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
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Pense: Como escolhemos um tampão? Como preparamos tampões em laboratório? Os tampoes estão presentes nos organismos vivos?
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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
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Tampões –sistema tampão bicarbonato
(20) (1) Anidrase carbônica
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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
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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).
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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?
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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
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