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ÁGUA: camada de solvatação
O documento discute as propriedades da água e sua capacidade de formar uma camada de solvatação ao redor de íons dissolvidos. A polaridade da molécula de água permite que ela dissolva sais iônicos, separando os íons e envolvendo-os individualmente em moléculas de água. A camada de solvatação estabiliza os íons na solução e ajuda a explicar muitas propriedades químicas e físicas da água.
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- 1. ÁGUA Camada de solvatação Mestranda:Danielle Oliveira Borges Pós-graduação em engenharia e ciência de alimentos
- 2. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges POLARIDADE DA ÁGUA O átomo de O é mais eletronegativo que os de H; resulta que a molécula de água se torna polar Figura 1. Esquematização da polaridade da molécula de água
- 3. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges POLARIDADE DA ÁGUA Essa polaridade da molécula de água está associada às propriedades físico-químicas Ponto de Fusão; Ponto de Ebulição Capacidade de dissolver sólidos iônicos.
- 4. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges PROPRIEDADES DISSOLVENTES DA ÁGUA Dissolução de sais: produção de íons + e - que se rodeiam de moléculas de água formando compostos muito estáveis e cujo grau de hidratação depende da densidade da carga do íon poder polarizante = carga total do íon raio iônico
- 5. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura 3 - Tamanho do raio iónico e do raio atómico de alguns elementos na tabela periódica (unidade = pm). Os átomos (espécie neutra) são representados a cor cinza, Os catiõese aniões sã o representados avermelho e azul, respectivamente. Adaptado de: Wikipédia
- 6. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo pólo de sinal contrário à carga de cada íon, conseguindo assim anular suas cargas e desprendê-los do resto do sólido. CAMADA DE SOLVATAÇÃO
- 7. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Uma vez separado do sólido, os íons são rodeados por moléculas de água, evitando que eles regressem ao sólido. CAMADA DE SOLVATAÇÃO
- 8. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges
- 9. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura 2. Etrutura cristalina do NaCl, em que o cátion (Na+) atrai a carga negativa do cloreto (Cl-) por ligação iônica e a dissolução de seus íons em água, em que se observa a formação da camada de solvatação em torno dos íons sódio e cloreto. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
- 10. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Ex: Iodeto de potássio (KI)
- 11. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges
- 12. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura ?: Camada de solvatação do íon de potássio.
- 13. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura ?: Camada de solvatação do íon iodeto.
- 14. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Uma vez que a quebra e formação de ligações envolvem absorção e liberação de energia, há uma alteração de temperatura que é notada na solução. Alguns sais, quando adicionados à água, resulta no aquecimento da solução, por outro lado com a maioria dos sais resultam num abaixamento de temperatura. CAMADA DE SOLVATAÇÃO
- 15. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges A água é um bom dissolvente pois tem uma constante dielétrica (D) muito alta, que por definição é uma medida da tendência do solvente a opor-se às forças eletrostáticas de atração entre íons com cargas opostas. PROPRIEDADES DISSOLVENTES DA ÁGUA Onde: F é a força de atração entre dois íons de cargas opostas e1 e e2 e r são as distâncias entre eles.
- 16. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges QUADRO 1 – Constante dielétrica (D) de alguns líquidos a 20°C
- 17. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges A água também dissolve muitas outras substancias não iônicas mas com caráter polar, como açúcares, alcoóis, aldeídos, cetonas, aminoácidos, entre outros, por meio de pontes de hidrogênio. PROPRIEDADES DISSOLVENTES DA ÁGUA
- 18. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges solutos apolares: facilitam a formação de CLATRATOS (estruturas cristalinas, formados por moléculas de água unidas por ligação de hidrogênio, sendo capazes de “aprisionar” moléculas hidrofóbicas); Os clatratos formados possuem espaços vazios onde os solutos apolares podem se localizar, obrigando as moléculas de água a reagir mais fortemente entre elas através de pontes de hidrogênio.
- 19. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura 3. Formação de clatratos em moléculas hidrofóbicas.
- 20. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges Figura 4. Formação de micelas e da bicamada através de moléculas anfifílicas.
- 21. Água: Camada deSolvatação – Danielle Borges REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: BOBBIO, F.O.; BOBBIO, P.A. Introdução à química de alimentos. 3. ed. São Paulo: Varela, 2003. 238p. BOES, E.S. Estudo teórico da sovatação de ânions em solventes orgânicos. 2005. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2005.
Notas do Editor
- #3 (eletronegatividade é a capacidade relativa de um átomo atrair elétrons para si quando da formação de uma ligação química) O atomo de oxigenio , assim sendo, ele atrai os elétrons que estão sendo compartilhados através das ligações covalentes com mais força, fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do átomo de oxigênio do que dos de hidrogênio. O átomo de oxigênio fica mais negativo que os átomos de hidrogênio, e resulta que a molécula de água se torna polar pois tem um pólo positivo formado pelos dois átomos de hidrogênio e um pólo negativo formado pelo átomo de oxigênio:
- #4 (eletronegatividade é a capacidade relativa de um átomo atrair elétrons para si quando da formação de uma ligação química) O atomo de oxigenio , assim sendo, ele atrai os elétrons que estão sendo compartilhados através das ligações covalentes com mais força, fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do átomo de oxigênio do que dos de hidrogênio. O átomo de oxigênio fica mais negativo que os átomos de hidrogênio, e resulta que a molécula de água se torna polar pois tem um pólo positivo formado pelos dois átomos de hidrogênio e um pólo negativo formado pelo átomo de oxigênio:
- #5 Muitos sais e outros componentes iônicos se dissolvem facilmente na água, mas são insolúveis em outros dissolventes apolares como clorofórmio e benzeno. Ao se dissolver sal na água, são produzidos íons positivos e negativos que se rodeiam de moléculas de água formando compostos muito estáveis e cujo grau de hidratação depende da densidade da carga do íon; a hidratação é maior nos íons pequenos que nos grandes de mesma carga. A densidade da carga também é conhecida como poder polarizante e é igual à carga total do íon dividida pelo seu raio iônico. Pode-se comprovar que a hidratação dos íons de K+ e Na+ são diferentes, apesar de terem a mesma carga, pois o raio iônico do potássio é maior que o do sódio, o que se refere à uma menor densidade de carga e uma menor capacidade de hidratação para este íon.
- #6 Os aniões são sempre maiores que o átomo, devido à introdução de mais um electrão na camada de valência,
- #7 Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo pólo de sinal contrário à carga de cada íon, conseguindo assim anular suas cargas e desprendê-los do resto do sólido. Uma vez separado do sólido, os íons são rodeados por moléculas de água, evitando que eles regressem ao sólido (ex. NaCl). Devido a natureza polar da água, NaCl pode ser quebrado em seus íons, isto é, Na+ e Cl-, o que significa que o lado da molécula da água que contém os átomos de hidrogênio (+) atrairão os íons Cl-, e os íons Na+ serão atraídos pelo lado do átomo de oxigênio (-) da água. Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação ou solvatação. Algumas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água são quebradas neste processo, antes que as novas ligações entre água e os íons possam ser formados. Uma vez que a quebra e formação de ligações envolvem absorção e liberação de energia, há uma alteração de temperatura que é notada na solução. Alguns sais, quando adicionados à água, resulta no aquecimento da solução, por outro lado com a maioria dos sais resultam num abaixamento de temperatura.
- #8 Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo pólo de sinal contrário à carga de cada íon, conseguindo assim anular suas cargas e desprendê-los do resto do sólido. Uma vez separado do sólido, os íons são rodeados por moléculas de água, evitando que eles regressem ao sólido (ex. NaCl). Devido a natureza polar da água, NaCl pode ser quebrado em seus íons, isto é, Na+ e Cl-, o que significa que o lado da molécula da água que contém os átomos de hidrogênio (+) atrairão os íons Cl-, e os íons Na+ serão atraídos pelo lado do átomo de oxigênio (-) da água. Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação ou solvatação. Algumas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água são quebradas neste processo, antes que as novas ligações entre água e os íons possam ser formados. Uma vez que a quebra e formação de ligações envolvem absorção e liberação de energia, há uma alteração de temperatura que é notada na solução. Alguns sais, quando adicionados à água, resulta no aquecimento da solução, por outro lado com a maioria dos sais resultam num abaixamento de temperatura.
- #15 Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo pólo de sinal contrário à carga de cada íon, conseguindo assim anular suas cargas e desprendê-los do resto do sólido. Uma vez separado do sólido, os íons são rodeados por moléculas de água, evitando que eles regressem ao sólido (ex. NaCl). Devido a natureza polar da água, NaCl pode ser quebrado em seus íons, isto é, Na+ e Cl-, o que significa que o lado da molécula da água que contém os átomos de hidrogênio (+) atrairão os íons Cl-, e os íons Na+ serão atraídos pelo lado do átomo de oxigênio (-) da água. Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação ou solvatação. Algumas ligações de hidrogênio entre as moléculas de água são quebradas neste processo, antes que as novas ligações entre água e os íons possam ser formados. Uma vez que a quebra e formação de ligações envolvem absorção e liberação de energia, há uma alteração de temperatura que é notada na solução. Alguns sais, quando adicionados à água, resulta no aquecimento da solução, por outro lado com a maioria dos sais resultam num abaixamento de temperatura.
- #17 O Quadro 1 mostra que a constante dielétrica da água é muito alta comparada com a de outros dissolventes, indicando que, por exemplo, a força de atração entre os íons Na+ e Cl- na água é aproximadamente 1/40 da força entre esses mesmos íons no benzeno. A água portanto, favorece a dissolução de NaCl ao evitar que seus íons se unam novamente.
- #18 O Quadro 1 mostra que a constante dielétrica da água é muito alta comparada com a de outros dissolventes, indicando que, por exemplo, a força de atração entre os íons Na+ e Cl- na água é aproximadamente 1/40 da força entre esses mesmos íons no benzeno. A água portanto, favorece a dissolução de NaCl ao evitar que seus íons se unam novamente. Esse processo chama-se solvatação e, quando íons estão cercados por moléculas de água, diz-se que estão solvatados.