Este documento discute conceitos fundamentais sobre água, pH e sistemas tampão. Ele explica que a água é o solvente universal na natureza e discute suas propriedades físico-químicas importantes, como sua capacidade de formar pontes de hidrogênio. Também define conceitos-chave como ácidos, bases, pH e sistemas tampão, explicando como esses sistemas ajudam a manter o pH constante em organismos vivos.

1. “Soluções aquosas, pH e sistemas tampões”
FIT5205-02501A/B/C
(20201)
Bioquímica Agrícola
Carolina Herrera Mazo
Química Farmacêutica,
Mestranda em Biologia
de Fungos, Algas e
Plantas
chm.udea@gmail.com
Setembro, 2020

2.  Na nossa experiência quotidiana, é uma substância muito
familiar e abundante, sendo, no entanto, um composto
excepcional do ponto de vista físico-químico e bioquímico.
 A grande maioria das células é composta por 80% de água,
razão pela qual esta molécula é a mais abundante entre os
constituintes dos seres vivos.
 Consequentemente, o organismo humano troca com seu
ambiente externo um maior número de moléculas de água
do que todas as demais moléculas combinadas. Além de sua
abundância, as características da molécula de água têm
profunda influência na estrutura, organização e
funcionamento dos seres vivos.
ÁGUA
¿Porque a importância da água?

3. Conteúdo
 Conhecer os átomos constituintes da água
 Compreender a formação da molécula de água
 Perceber a água como solvente
 Assimilar as características de pH
 Interpretar as soluções tampão

4. Os átomos de água
núcleo central
nuvem de elétrons –
(forças
eletromagnéticas)
Prótons e nêutrons
• elétrons dispostos em
diferentes níveis de energia
ou camadas de elétrons
• Último nível: camada de
valência
Niels Bohr
Elétrons de
valência:
elétrons que um
átomo pode
compartilhar.
Valência
atômica:
elétrons que um
átomo aceita ou
doa.
≠
Lewis

5. Forças intermoleculares
 Ligações iônicas:
atração eletrostática entre
íons de diferentes cargas
 Ligações metálicas:
atração entre átomos
metálicos
 Ligações covalentes:
interação e
compartilhamento de um ou
mais pares de elétrons entre
átomos
Niels Bohr
Lewis
elétrons
disponíveis
elétrons
compartilhados
Eletronegatividade:
capacidade de atrair outros elétrons
para formar ligações. A molécula de
água é polar devido a essa
característica do oxigênio.

6. Forças intramoleculares
 ligação íon-íon
 ligação íon-dipolo
 ligação íon-dipolo induzida
 Forças de Van der Waals: (ligações
mais fracas)
 ligação dipolo-dipolo induzida (ocorre
entre moléculas não polares)
 Ligação dipolo instantâneo-dipolo
induzido
 ligações dipolo-dipolo (ocorre em
moléculas polares), a estas pertencem
as pontes de hidrogênio, i.e.,
hidrogênio ligado ao oxigênio, flúor ou
nitrogênio
As pontes de hidrogênio são responsáveis ​​por algumas
propriedades das moléculas: densidade, estado físico, ponto de
ebulição e formação de estruturas secundárias e terciárias nas
proteínas.
contra o
exemplo de
pontes de
hidrogênio.

7. Características físico-químicas
 Água à 0°C forma 15% menos
pontes de hidrogênio do que
gelo. Sabe-se também que
essas pontes de hidrogênio na
água líquida são um sistema
dinâmico, com flutuações
rápidas, onde moléculas
individuais têm ações
mutáveis.
Compreender as características físico-químicas da água ajuda-nos a ter uma percepção do
comportamento destas molécula e da interação com outras moléculas nos sistemas biológicos,
para posteriormente montar o quebra-cabeças dos sistemas complexos que pertencem à
bioquímica.
Densidade H2O
δ solido= 0.92g/mL
δ liquida= 1g/mL
Propriedades físico-químicas da água líquida
Calor específico quantidade de energia térmica para
aumentar 1°C em 1g de água (sistemas
biológicos estáveis)
Calor de fusão ou molar de fusão Energia usada na fusão de um mol de
água (80 cal/g) (protege do
congelamento os sistemas biológicos)
Calor de evaporação ou molar de
evaporação
Energia investida na evaporação de um
mol de água em seu ponto de
evaporação. (Evita a perda de água e
desidratação em sistemas biológicos)
Tensão superficial Manifesta-se na superfície de um
líquido e corresponde à quantidade de
energia necessária para aumentar a
superfície por unidade de área. (valor
elevado para a água)
Adesão Força de ligação com uma superfície
Viscosidade Resistência ao fluxo através de um tubo
capilar. (fluxo menos viscoso ocorre
mais rapidamente)

8. Características físico-químicas
Propriedades físico-químicas da água
Constante dielétrica É propriedade dos solventes
de separar íons de cargas
opostas. A constante dielétrica
da água é muito alta.
Hidratação É a capacidade de envolver
íons com moléculas de água
orientadas em camadas
concêntricas de moléculas ao
redor de um íon. Quando o
solvente não é água, esse
fenômeno é denominado
solvatação.
Hidrólise Reação química envolvendo
uma molécula de água que
reage com uma molécula
quimicamente diferente.
Ambas as moléculas são
fragmentadas na reação.
Ionização de água Compreende a separação da
água nos íons que a formam H+
e OH-. Ocorre
espontaneamente, em alguma
extensão.

9. Água como solvente
Conhecida como solvente universal, por sua capacidade de dissolver mais substâncias e em
maior quantidade do que qualquer outro solvente.
As propriedades físico-químicas da água e o fato de ser o solvente dos demais componentes
celulares têm influência decisiva na organização e arranjo espacial de todas as demais
moléculas depositárias da vida: lipídios, proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos.
Equilíbrio químico:
processo dinâmico
Constante de
equilíbrio
Constante de equilíbrio da água

10. Soluções Ácidas e Básicas
Ácido:
são compostos capazes de
transferir um íon H+
(Entrega H+)
Exemplo: HCl, CH3COOH, H2SO4
Base:
são substâncias que liberam o
ânion OH- em soluções aquosas.
(Recebe H+)
Exemplo: NaOH, NH3, Ca (OH) 2
Ácidos fortes: dissociam-se completamente
Ácidos fracos: dissociam-se parcialmente e a
reação é reversível (equilíbrio dinâmico)
Bases fortes: dissociam-se completamente
Bases fracas: dissociam-se parcialmente e a
reação é reversível (equilíbrio dinâmico)

11. Constante de ionização ou dissociação
No caso da água, a
constante de dissociação
é conhecida como Kw, por
se tratar de um composto
especial que se comporta
como um anfótero.
Ka = constante de
dissociação de ácido
Kb = constante de
dissociação de base

12. Soluções tampão ou “ Buffer”
Uma solução neutra (com H+ e OH- balanceados) tem
um pH = 7
Quanto mais alta a concentração de H+, mais alta a
acidez e o pH oscilará em uma faixa entre 0-7.
Quanto menor a concentração de H+ , maior a
alcalinidade e o pH oscilará em uma faixa entre 7 e 14.
Cada unidade na escala de
pH indica um aumento ou
diminuição de 10 vezes na
concentração de prótons (o
pH está em uma escala
logarítmica)
A medição do pH é uma forma simples que indica a concentração de H+ em uma solução.
Conhecer os conceitos de pH, ácidos e bases é fundamental para entender as interações em
sistemas biológicos, lembrando que são 80% agua e as concentrações de H+ impactam muito
nos processos biológicos essenciais à vida.

13. ¿Como a acidez ou alcalinidade é
medida em uma solução?
https://youtu.be/zosqquhAQx0
pH-metro
https://youtu.be/0eDSH7O6fZM
Fita indicadora
Equação de Henderson
Hasselbalch

14. Soluções tampão ou “ Buffer”
Soluções que mantêm o valor de pH, em alguma extensão, quando adicionadas de álcalis ou
ácidos. Usualmente são constituídos por uma mistura de um ácido fraco e o sal de sua base
conjugada. Exemplo: ácido acético + acetato de sódio.
Características das soluções tampão
1. Concentrações dos componentes do sistemas tampão
2. Quão próximo o valor do pH da solução tampão está do valor de pKa do ácido
3. Quanto maior for a concentração do tampão e quanto mais próximo seu valor de pH do
pKa, maior será a capacidade tamponente do sistema.
https://youtu.be/QGOeklR_CLI
https://youtu.be/yQAWCxvrEak

15. Soluções tampão ou “ Buffer”
Nos organismos, os sistemas tampão presentes nas células e os fluidos extracelulares
garantem a constância da concentração de H+. Os mais úteis são os sistemas de CO2
(anidrido do ácido carbônico) e sua base conjugada, bicarbonato e ácido fosfórico (HPO4
-2/H2PO4
-), porque a maioria das funções celulares são realizadas sob condições de pH
próximo da neutralidade, no qual estes sistemas tamponantes têm maior margem de
ação.