Íon hidrogênio Íon hidrogênio Ácidos Bases Ácidos e

Íon hidrogênio
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE TECNOLOGIA AGROALIMENTAR
CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA GERAL
PROFESSOR: Adriana Silva Lima
Aula 4: pH e tampões
Íon hidrogênio
O íon hidrogênio (H+) é o íon mais importante nos
sistemas biológicos
A [H+] nas células e líquidos biológicos influencia a
velocidade das reações químicas, a forma e função das
enzimas assim como de outras proteínas celulares e a
integridade das células
A [H+] nas células e líquidos biológicos deve estar em
torno de 0,4nM (0,4x10-7)
80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos
pelo metabolismo por dia.
Ácidos
Bases
Conceito de Arrhenius:
Ácido é toda substância que
em solução aquosa libera como cátion o íon
hidrogênio (H+).
Ex.: HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl-
Conceito de Arrhenius:
Base é toda substância que em solução
aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila
(OH-).
Ex.: NaOH + H2O ↔ Na+ + OH-
Conceito de Brönsted e Lowry:
Ácido é um doador de
prótons, um substância que pode transferir
um próton para outra.
Conceito de Brönsted e Lowry:
Base é um receptor de prótons.
Um ácido pode transferir um próton para
uma base.
Ex.: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
Ácidos e Bases
CH3-COOH + H2O
(ácido)
↔ CH3-COO - + H3O+
(base)
Dissociação da água e seus
produtos iônicos
H2O + H2O
↔ OH - + H3O+
A água funciona tanto como ácido quanto como base
O íon acetato é a base conjugada do ácido acético
O ácido acético é o ácido conjugado do íon acetato
O íon hidrônio é o ácido conjugado da água
A água é a base conjugada do íon hidrônio
Ácidos aumentam a [H+] de uma solução aquosa e
bases a diminuem
[ H3O+] [OH -] [ H O+] [OH -]
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Lei da ação das massas: K =
=
[H2O] [H2O]
[H2O]2
K.[H2O]2 = Kw = [ H3O+] [OH -] = 10-14
Na água pura a [H+] é igual a [OH-] que é igual a 10-7
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Potencial hidrogeniônico (pH)
pH x homeostasia
Homeostasia é a constância do meio interno
A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de pH
O pH é definido como o logarítmo negativo da [H+]
pH = -log [H+]
A escala de pH varia de 1 até 14, uma vez que qualquer
[H+] está compreendida na faixa de 100 a 10-14.
equilíbrio entre a entrada ou produção de íons
hidrogênio e a livre remoção desses íons do
organismo.
o organismo dispõe de mecanismos para manter
a [H+] e, conseqüentemente o pH sangüineo, dentro
da normalidade, ou seja manter a homeostasia .
pH do Sangue Arterial
pH normal
Acidose
Alcalose
7,8
7,0
7,4
Faixa de sobrevida
Fontes de H+ decorrentes dos
processos metabólicos
Alterações no pH
Acúmulo de ácidos
Perda de bases
Aumento da [H+]
Acidose
Metabolismo
aeróbico da glicose
Metabolismo
anaeróbico da glicose
Ácido Carbônico
Ácido Lático
H+
Queda do pH
Corpos Cetônicos Ácidos
Ácido Sulfúrico
7,4
Escala de pH
Aumento do pH
Diminuição da [H+]
Perda de ácidos
Ácido Fosfórico
Alcalose
Acúmulo de bases
Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas
Medidas de pH
pHmetro
Eletrométrico
Potenciômetro mede [H+]
Lavar o eletrodo e
diferença
de potencial elétrico
secar com papel absorvente
entre duas soluções
Padronização feita com soluções
de pH abaixo e acima do que vai ser medido
indicadores
Colorimétrico
Indicador-H
(Cor A)
H+
+
Indicador
Oxidação incompleta de
ácidos graxos
Oxidação de Amino ácidos
Sulfurados
Indicadores de pH
Indicadores de pH são substâncias (corantes)
utilizadas para determinar o valor do pH
pH
0
2
4
6
8 10 12
Exemplos
Metil-violeta A
Tornassol
Fenolftaleína
Violeta
Amarelo
incolor
Azul
Vermelho
Violeta
(Cor B)
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ASPECTOS ADICIONAIS DOS
EQUILÍBRIOS AQUOSOS
Os Sistemas Tampões
Água: excepcional habilidade em dissolver
grande variedade de substâncias.
Tampão » qualquer substância que pode,
reversivelmente, se ligar aos íons hidrogênio.
Soluções aquosas encontradas na natureza:
fluidos biológicos e a água do mar.
» Soluções formadas por um ácido fraco e sua base
conjugada ou por um hidróxido fraco e seu ácido
conjugado
Tampão + H+
Contêm muitos solutos.
TampãoH+ + OH-
Muitos equilíbrios acontecem
simultaneamente nessas soluções.
COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO
H2O + Tampão
COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO
Preparação
Um tampão resiste ás variações no pH porque ele
contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons
OH- quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+.
As espécies ácidas e básicas que constituem o tampão
não devem consumir umas às outras pela reação de
neutralização.
H+Tampão
Mistura de um ácido fraco ou uma base
fraca com um sal do ácido ou da base.
Exigência preenchida por um par
ÁCIDO-BASE CONJUGADO
CH3COOH / CH3COO- ou NH4+ / NH3
COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO
Os tampões resistem mais eficazmente à variação de pH
em qualquer sentido quando as concentrações de ácido fraco
e base conjugada são aproximadamente as mesmas.
CAPACIDADE DE TAMPÃO
É a quantidade de ácido ou base que um tampão
pode neutralizar antes que o pH comece a variar a um
grau apreciável.
Depende da quantidade de ácido e base da qual
o tampão é feito.
Poder Tamponante
pH do tampão
Concentrações do sal e do ácido
Relação Sal/Ácido = 0,1
pH = pKa + log 0,1
pH = pKa -1
Relação Sal/Ácido = 10/1 pH = pKa + log 10
pH = pKa +1
Poder tamponante de um sistema tampão pode ser
definido pela quantidade de ácido forte que é
necessário adicionar para fazer variar o pH de uma
unidade
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Água nos Alimentos
Água nos Alimentos
Conteúdo de água – não fornece indicação de como a água
está distribuída no alimento.
O teor de água livre é expresso como atividade de água
(aw) que é definida como:
divergências entre o teor de água e o crescimento de
microrganismos;
Aw = p/po onde:
relação com a secagem;
uma parte da água contida no alimento não é congelável;
moléculas de água com propriedades e distribuição
diferente nos alimentos;
existência de pelo menos dois tipos de água;
p é a pressão parcial de vapor da água na superfície da
amostra;
po é a pressão parcial de vapor da água na superfície da água
pura, na mesma temperatura.
relação entre aw e umidade relativa
aw= URE/100
água livre e água ligada;
Água nos Alimentos
Água nos Alimentos
2. Água multicamada (3%) é a água que forma uma série de
camadas adicionais ao redor dos grupos hidrofílicos do
material. Podem ocorrer por pontes de hidrogênio águasoluto, mas predominam as ligações água-água. Limitada
capacidade dissolvente.
aw e o crescimento microbiano;
aw e a atividade enzimática;
capacidade de retenção de água;
Quatro categorias para água encontrada nos alimentos;
Quatro definições aplicadas á água ligada:
1. Água vicinal (0,5%) é a água mantida nos sítios específicos
das moléculas do alimento, por pontes de hidrogênio. É
considerada inábil em congelar-se até pelo menos – 40ºC,
sendo incapaz de atuar como solvente.
3. Água aprisionada (até ~ 96%) esta água apresenta
propriedades semelhantes aquelas em soluções salinas
diluídas, apenas com uma leve redução do seu ponto de
congelamento e a capacidade dissolvente praticamente
normal.
4. Água livre (até ~ 96%) é similar a água pura em todas as
suas propriedades. Não requer muita pressão para ser
extraída.
Água nos Alimentos
Determinação da água:
quantidade de água e atividade de água
Três métodos de determinação:
gravimétrico – secagem
volumétrico – destilação com solvente imiscível – tolueno
químico – titulação
termossensíveis
de
Karl
Fischer
–
materiais
Atividade de água
medida através da tendência do material ganhar ou perder
água quando exposto ao ar em temperatura e umidade relativa
fixa.
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