Ácidos e Bases, pH e Tampões Biológicos
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UFABC Bacharelado em Ciência & Tecnologia Transformações Bioquímicas (BC0308) Prof Luciano Puzer http://professor.ufabc.edu.br/~luciano.puzer/ Ácidos e Bases, pH e Tampões Biológicos Solução Aquosa Equilíbrio ácido/base 1880 - Arrhenius ü Os ácidos doam [H+] para a solução ü As bases doam [OH-] para a solução. Arrhenius: ácido + base → sal + água. HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) 1923 - Johannes Brönsted e Thomas Lowry ü Ácidos - substâncias capazes de doar próton, H+. ü Bases - substâncias capazes de receber prótons, H+. NH3(aq) + H2O(l) → NH4+(aq) + HO-(aq) Funções Orgânicas em Processos de Transformações Solução Bioquímicas Aquosa Equilíbrio ácido/base [H 3O + ][A- ] K= [HA][H 2O] € € [H + ][A- ] K a = K[H 2O] = [HA] Funções Orgânicas em Processos de Transformações Solução Bioquímicas Aquosa Autoionização da água H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) [H 3O + ][OH - ] K= [H 2O]2 K × [H 2O]2 = [H 3O + ][OH - ] K w = [H 3O + ][OH - ] = 1.0 × 10 −14 € pH = -log[H+] Solução Aquosa Escala de pH pH = -log [H+] pOH = -log[OH-] Solução Aquosa Ácidos e Bases Fracas ü Os ácidos e as bases fracas são apenas parcialmente ionizados em solução. Eles existem como uma mistura de íons e ácido (ou base) não-ionizado no equilíbrio. HA(aq) + H2O(l) HA(aq) H+(aq) H3O (aq) + A (aq) [H3O + ][A - ] Ka = [HA ] A-(aq) [ H + ][A - ] Ka = [ HA ] + + - ü Ka e Kb são as constantes de dissociação do ácido e da base, respectivamente. ü Quanto maior o valor de Ka, ou Kb, mais forte é o ácido, ou a base. Solução Aquosa pH do varia em uma faixa entre 7,35 e 7,45 dependendo da concentração de oxigênio e CO2. pH é controlado pelo equilíbrio de dissociação do bicarbonato. Solução Aquosa Propriedades Ácido-Base dos Sais ü Quase todos os sais são eletrólitos fortes. ü As propriedades ácido-base de sais são uma conseqüência da reação de seus íons em solução. NaNO3(aq) à Na+(aq) + NO3-(aq) ü íon NO3- provêm de um ácido forte (HNO3), e portanto não tem afinidade com o íon H+. O Na+ provêm de uma base forte, e também não tem afinidade por OHü A solução aquosa de nitrato de sódio é neutra. Geralmente, as soluções aquosas de metais alcalinos ou alcalino-terrosos são neutras! Solução Aquosa Propriedades Ácido-Base dos Sais O íon acetato é a base conjugada de um ácido fraco, logo em solução aquosa ele tende a abstrair um próton da molécula de água. CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) [CH3COOH][OH-] = 5,6 . 10-10 Kb = [CH3COO ] Solução Aquosa Propriedades Ácido-Base dos Sais Tipo Exemplos Ions que hidrolisam pH da solução cátion de base forte e ânion de ácido forte NaCl KNO3 nenhum ≈7 cátion de base forte e ânion de ácido fraco CH3COONa KNO2 ânion > 7 (básico) cátion de base fraca e ânion de ácido forte NH4Cl NH4NO3 cátion < 7 (ácido) cátion de base fraca e ânion de ácido fraco NH4NO2 NH4CN ânion e cátion < 7 se Kb < Ka ~ 7 se Kb ≈ Ka > 7 se Kb > Ka Solução Aquosa Solução Tampão ü Quando [HA] ~ [A-], qualquer H+(aq) adicionado a solução irá reagir com A-(aq) deslocando o equilíbrio no sentido de formar mais HA. Desta forma a concentração de H+(aq) pode ser mantida constante e o pH não é afetado. HA(aq) H+(aq) + A-(aq) ü Se uma base for adicionada a essa solução, o íon hidroxila reagirá com HA existente formando A-(aq) e H2O. ü Capacidade Tamponante - quantidade máxima de ácido ou base forte que pode ser adicionada a uma solução tampão, sem que ela perca sua capacidade de resistir a mudança de pH ü O Tampão se exaure quando a maior parte da base fraca (A-) é convertida em ácido (HA), ou viceversa. Solução Aquosa Solução Tampão ü Experimentalmente verifica-se que um tampão tem alta capacidade tamponante quando a quantidade de base presente é, pelo menos, cerca de 10% da quantidade de ácido. ü [A-] = [HA]/10 pH = pKa + log (1/10) pH = pKa -1 ü [A-] = 10[HA] pH = pKa + log (10) pH = pKa + 1 ü A capacidade de um tampão é determinada por sua concentração e pH. ü Um tampão mais concentrado pode reagir com mais ácido, ou mais base, adicionado, do que um menos concentrado. ü A solução tampão é, geralmente, mais efetiva na faixa de pKa ± 1. Solução Aquosa pK e solução tampão Funções Orgânicas em Processos de Transformações Solução Bioquímicas Aquosa Equação de Henderson-Hasselbalch HA(aq) H+(aq) + A-(aq) [H + ][A- ] K= [HA] " [HA] % [H ] = K $ - ' # [A ] & + pH = -log[H+]
