metais ambiente e vida

METAIS NO ORGANISMO HUMANO
METAIS AMBIENTE E VIDA
3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
Relativamente à necessidade biológica podem classificar-se
Metais Essenciais:
sódio, potássio, cálcio,
magnésio, ferro, crómio,
zinco, cobalto, manganês e
níquel.
Metais Tóxicos: arsénico, chumbo,
cádmio, mercúrio,
alumínio, titânio, estanho e
o tungsténio.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais Essenciais
Definir um metal como essencial para a saúde humana
significa verificar até que ponto a sua ausência na dieta
produz anomalias funcionais ou estruturais
Regulação Homeostática
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais Essenciais
Participam em mecanismos metabólicos que estão
relacionados com trocas iónicas associadas à transmissão
de sinais eléctricos nos músculos e nervos.
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais Essenciais
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Metais Essenciais
3. Metais Ambiente e Vida
Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais tóxicos
O termo Metais Tóxicos é uma alternativa ao termo metais
pesados, sendo recomendada a sua aplicação aos
elementos não essenciais – Elementos que não são
necessários aos organismos vivos
A manifestação dos efeitos tóxicos está associada à dose.
Podem afectar vários órgãos, alterando processos
bioquímicos e membranas celulares
São venenos acumulativos para todos os seres vivos
aumentando a sua concentração de nível para nível
da cadeia alimentar - BIOMAGNIFICAÇÃO
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais tóxicos
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A hemoglobina é formada
por 4 subunidades de
globina
Cada subunidade de globina
tem unido um grupo hemo
(uma molécula de
protoporfirina IX complexada
com um ião Fe2+),
responsável da cor vermelha
da hemoglobina e do sangue.
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O grupo heme é um complexo octaédrico de ferro, em que este
se encontra coordenado por um ião di-negativo de porfirina
tetradentado e tem número de oxidação +2. Os quatro átomos
dadores de azoto da porfirina envolvem o ferro no mesmo plano.
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3. Metais Ambiente e Vida
Vamos fazer um parênteses
O QUE SÃO IÕES
COMPLEXOS?
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais, Complexos e Cor
 Uma das características dos metais de
transição é formar compostos de cores muito
variadas:
 os Compostos de Coordenação que contém
iões complexos.
 Importa perceber:
 O que são;
 Qual a sua nomenclatura;
 Qual a sua geometria.
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3. Metais Ambiente e Vida
Iões Complexos
Existem sais que ao serem dissolvidos em água sofrem
solvatação originando o catião metálico e o anião não
metálico
Ligação entre estes iões é explicada pelo modelo da
ligação iónica
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Iões Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
 Metais como os de transição que podem comportar-se como
ácidos de Lewis (aceitam pares electrónicos) podem ligar-se
a outras espécies partilhando esses pares
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3. Metais Ambiente e Vida
Iões Complexos
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3. Metais Ambiente e Vida
Iões Complexos
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3. Metais Ambiente e Vida
Compostos de Coordenação
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3. Metais Ambiente e Vida
Classificação dos Ligandos
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3. Metais Ambiente e Vida
Classificação dos Ligandos
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3. Metais Ambiente e Vida
Iões Complexos (Quelatos)
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3. Metais Ambiente e Vida
Número de Coordenação e Geometria
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3. Metais Ambiente e Vida
Estabilidade dos Complexos
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3. Metais Ambiente e Vida
Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
Porquê uma solução apresenta cor?
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
Porquê os complexos apresentam cor?
[Ar] 3d1
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
Espectro de Absorção do ião [Ti(H2O)6]3+
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
A separação das orbitais d não se dá da mesma maneira em
todos os iões complexos: depende da sua geometria
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
(Estado oxidação metal)
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
Relação entre a intensidade de radiação absorvida por uma
solução corada e a sua concentração
Lei de Lambert Beer
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3. Metais Ambiente e Vida
A Cor nos Complexos
Quanto maior for a fracção de um determinado comprimento
de onda que é absorvido, menor será a percentagem de luz
transmitida, sendo essa percentagem medida pela grandeza
transmitância (T)
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3. Metais Ambiente e Vida
Esquema funcionamento
Espectrofotómetro
O perfil da curva de absorvância é
característica de cada complexo
A relação entre a intensidade da
absorvância e a concentração a
cada c.d.o. É dada pela Lei de
Lambert-Beer
A=εlc
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição
quantitativa de soluções
Água Consumo Humano – Um dos parâmetros usados
para a caracterizar é o teor
total de ferro – soma Fe2+ e Fe3+
A legislação relativa às águas destinadas a consumo
humano determina que o teor em ferro total não
exceda os 200 µg /dm3
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição
quantitativa de soluções
Como se pode determinar a concentração de uma solução
corada pela intensidade da sua cor?
A relação entre a intensidade da cor de uma solução
e a respectiva concentração é dada por
A=εlC
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição
quantitativa de soluções
Constrói-se um gráfico da absorvância
em função da concentração a partir de
um conjunto de soluções-padrão de
diferentes concentrações na espécie
em estudo. 0 gráfico resultante é uma
recta que passa na origem dos eixos (à
qual se chama recta ou curva de
calibração).
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição
quantitativa de soluções
1.5
0.01
A Lei de Beer-Lambert só pode
ser aplicada cara soluções
diluídas, em geral para
concentrações inferiores a 0,01
mol dm-3.
Estes desvios estão associados a
interacções entre as espécies
absorventes ou a limitações
técnicas do equipamento usado.
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores
reduzidos de ferro numa água?
Por espectrofotometria usando radiação de c.d.o. 320 nm à
qual corresponde o máximo de absorção para soluções aquosas
com Fe 2+.
Método mais rigoroso e sensível ( teores da ordem 0.05 a 0.2
mg /dm3) envolve a combinação de Fe2+ com fenantrolina para
formar um complexo alaranjado.
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3. Metais Ambiente e Vida
1,10 – fenantrolina monohidratada
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores
reduzidos de ferro numa água?
A concentração do complexo é determinada por
espetrofotometria.
A intensidade da cor é independente da acidez do meio no
intervalo de pH de 2 a 9.
O pH é mantido entre 2.5 e 4.5 para garantir que todo o ferro é
reduzido a Fe 2+.
Constrói-se uma recta de calibração com soluções de
concentração conhecida.
Utilizam-se várias diluições da amostra em estudo para
seleccionar uma coloração comparável à das soluções da
recta calibração.
Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores
reduzidos de ferro numa água?
Selecciona-se o
melhor c.d.o. Para
traçar a curva de
calibração
No caso do Fe e
fenantrolina temos o
figura ao lado
Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores
reduzidos de ferro numa água?
Soluções preparadas em balões volumétricos de 50 ml
(Redutor)
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores
reduzidos de ferro numa água?
1. Regula-se o espectrofetómetro para c.d.o. Seleccionado.
2. Mede-se as Absorvâncias para as soluções de B a F. Ajustase em cada medição a absorvância zero usando a solução A
como branco.
3. Das soluções X, Y e Z selecciona-se aquela cuja tonalidade
está incluída nas soluções que compõem a recta.
4. Regista-se a absorvância dessa solução.
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3. Metais Ambiente e Vida
Solução
Conc.
mg/l
Absorvância
A
0
0
B
0,02
0,008
C
0,04
0,01
D
0,1
0,023
E
0,2
0,034
x=
0,072 / 0,2022
F
0,3
0,066
x=
0,3560831
G
0,4
0,079
x
0,072
Amostra
x=
0,356083086
mg/l
Recta Calibração
y = 0,2022x
R2 = 0,9818
0,09
0,08
Absorvância
0,07
0,06
0,05
Absorvância
0,04
Linear (Absorvância)
0,03
0,02
0,01
0
0
0,06
0,12
0,18
0,24
0,3
0,36
0,42
Concentração (mg/l)
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
Para além da porfirina, o ferro é também coordenado por um átomo de azoto da
cadeia proteica de outro segmento da hemoglobina, sendo estas ligações nos quatro
grupos heme que mantêm os quatro segmentos proteicos unidos.
A geometria global do complexo em
torno do átomo de ferro é octaédrica,
sendo o vértice oposto ao ocupado por
este átomo dador de azoto o local onde
se vai coordenar o oxigénio e onde se dão
as trocas gasosas que ocorrem em função
da respiração celular.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
Como existem quatro grupos heme, cada hemoglobina pode
transportar quatro moléculas de oxigénio. A ligação ao oxigénio é
cooperativa, o que significa que a ligação num grupo hemo aumenta a
tendência para a ligação no segundo, a do segundo aumenta a tendência
da ligação no terceiro e a do terceiro aumenta a tendência da ligação no
quarto.
Reacção de trocas gasosas nas células
A estabilidade do complexo oxigenado aumenta com a
basicidade do meio – Efeito de Bohr
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A estabilidade do complexo oxigenado aumenta com a
basicidade do meio – Efeito de Bohr
A libertação de oxigénio nos tecidos é facilitada pelo pequeno
abaixamento do pH resultante da presença do CO2 formado na respiração
celular. Este efeito vai aumentar a tendência para a evolução no sentido
directo da reacção
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A hemoglobina destaca-se pela sua capacidade para formar um complexo
muito estável com o monóxido de carbono por troca com o oxigénio.
Kc= 200
Significa na prática que se o monóxido de carbono
estiver presente numa quantidade significativa, vai
complexar mais fortemente a hemoglobina e ainda que,
após ligar-se a ela, a capacidade desta para transportar o
oxigénio se encontra praticamente perdida.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
Ka ≈ 10-7
H2CO3 (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
H2CO3 (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
SOLUÇÃO TAMPÃO
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
SOLUÇÃO TAMPÃO
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Metais no Organismo Humano
Vamos fazer um parênteses
SOLUÇÃO TAMPÃO
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
Soluções aquosas 0.1 mol/dm3 (25ºC)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os
sais quando se dissolvem em água?
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
1. Se tivermos soluções diluídas de dois ácidos
fracos de concentrações diferentes, mesmo
sabendo qual é o mais fraco, não se poderá
afirmar directamente qual é a solução que
terá maior grau de ionização.
2. O grau de ionização não é constante, é
necessária uma grandeza, independente da
concentração do ácido, que permita
caracterizar a solução em equilíbrio a
determinada temperatura: as constantes de
ionização (de hidrólise no caso de compostos
iónicos) Ka e Kb.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais
quando se dissolvem em água?
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
HA (aq) ↔ H+ (aq) + A- (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Exercício
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Exercício
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais
quando se dissolvem em água?
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de
Sais
Os sais são compostos iónicos, que se podem
obter, por exemplo, como produto da reacção
entre um ácido e um hidróxido; as respectivas
soluções aquosas nem sempre são neutras (em
termos de pH).
A dissociação iónica de um sal origina catiões e
aniões.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais
quando se dissolvem em água?
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de
Sais
Os catiões de metais alcalinos e alcalino-terrosos (grupos
1 e 2 da TP) não têm tendência para reagir com a água e,
por isso, não afectam o pH das respectivas soluções
aquosas.
Os aniões, bases conjugadas de ácidos muito fortes,
como, por exemplo, os iões CI-, Br-, NO3-, são praticamente
neutros. Isto significa que soluções de cloreto de sódio, de
nitrato de cálcio ou de brometo de potássio são neutras, ou
seja, têm pH = 7, a 25 °C.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
A - Sal de um ácido fraco e de base forte – NaNO2
A Solução aquosa fica alcalina
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
B - Sal de base fraca e ácido forte – NH4Cl
A Solução aquosa fica ácida
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
C - Sal de ácido e base fracos – NH4NO2
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
•São na maior parte dos casos ácidos fracos.
•A acidez deve-se ao facto do os catiões se
encontrarem hidratados. (ligandos são moléculas
de água).
•Cu2+ (aq)
[Cu(H2O)4]2+ (aq)
•Fe3+ (aq)
[Fe(H2O)6]3+ (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
Catião (base Lewis) atrai e partilha electrões com
uma ou mais moléculas de água.
Enfraquecimento da ligação O-H
Libertação de H+ e formação de H3O+
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
A concentração de H3O+ aumenta solução fica ácida
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
Solução Tampão
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
CH3COOH (l) + H2O (l) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) (1M)
CH3COONa (s) → CH3COO- (aq) + Na+ (aq)
Dulce Campos
(1M)
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
CH3COOH (l) + H2O (l) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) (1M)
2H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + OH- (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
Soluções-tampão em que existe um par conjugado ácido
fraco-base conjugada, uma diluição não altera o pH da
solução, pois afecta de igual modo a concentração do ácido e
da base conjugada;
No caso de ácido forte ou de base forte, uma diluição
altera de forma significativa o pH.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
NH4Cl (s) → NH4+ (aq) + Cl- (aq) (1M)
(2)
NH3 (aq) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + HO- (aq) (1M)
2H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + OH- (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
Um ácido forte como o ácido clorídrico actua como
solução-tampão em situações de pH baixo.
O que acontece de adicionar 1ml HNO3 1mol/dm3?
pH = 0.96
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções
de Sais
O que acontece de adicionar 1ml NaOH 1mol/dm3?
pH = 1.05
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
EXERCÍCIO
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
EXERCÍCIO
1.1 pH = 13
1.3 pH = 12.0
1.2 pH = 13.03
1.4 pH = 12.9
2. No gráfico podem referenciar-se duas zonas em que o
titulado evidencia propriedades tampão, ou seja, uma
ligeira variação do pH do titulado por adição da base
forte:
- do inicio até à adição de cerca de 30 ml de solução
ácida;
- após o ponto de equivalência, entre 50 ml e 80 ml de
titulante adicionado
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se poderá escolher a “melhor” solução tampão?
A "melhor" solução será aquela que apresenta variações de
pH pouco significativas por adição de maiores quantidades
de ácido ou de base fortes.
Esta propriedade é designada por capacidade-tampão.
De que depende a capacidade de um tampão?
Esta capacidade é tanto maior quanto maiores e mais
próximas forem as concentrações do ácido e da base
conjugada.
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Quando é que esta capacidade é destuída?
• Quando se adiciona uma grande quantidade de ácido forte,
a qual consome toda a base, de tal modo que não há
possibilidade de neutralizar mais ácido.
• Quando se adiciona uma grande quantidade de base forte,
a qual consome todo o ácido, de tal modo que não há
possibilidade de neutralizar mais base.
Como explicar que o pH do sangue se
mantém entre valores muito próximos?
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
H2CO3 (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte
15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n(OH-)
pH = 7
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte
15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
Inicio da titulação
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte
15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
Antes do PE
Ponto de equivalência
n (HCl) = n (NaOH)
n (H3O+ )= n(OH- )
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte
15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
Depois do PE
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Zona viragem
fenolftaleina
Zona viragem azul
bromotimol
Zona viragem
vermelho metilo
Zona viragem
vermelho metilo
1
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido fraco – base forte
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n (OH-)
Na+
CH3COO- + H2O (l)  CH3COOH (aq) + OH- (aq)
pH Ponto Equivalência Básico
Dulce Campos
22-11-2010
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido fraco – base forte
Três zonas importantes na curva:
1. Antes do início da titulação - O pH antes da
adição de ácido é definido a partir do Ka do
ácido fraco e da sua concentração.
Zona viragem
fenolftaleina
2. O pH do ponto de equivalência - A solução é
apenas constituída pelo sal do par conjugado
do ácido, pois este foi todo neutralizado pela
base forte. O pH é definido pelo equilíbrio
ácido-base da solução de ião acetato, nas
condições de concentração do ponto de
equivalência.
3. O pH na região tampão - Em qualquer ponto
entre o início e o ponto de equivalência a
solução tem ácido acético e ião acetato em
proporções que não são as de uma solução da
substância pura.
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação base fraca – ácido forte
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n (OH-)
ClNH4+ + H2O (l)  NH3 (aq) + H3O+ (aq)
pH Ponto Equivalência Ácido
Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Três zonas importantes na curva:
1. Antes do início da titulação - O pH antes da
adição de ácido é definido a partir do Kb da
base e da sua concentração.
2. O pH do ponto de equivalência - O único
contributo para o pH da solução é do sal do
par conjugado da base, tendo a base fraca
sido totalmente neutralizada pelo ácido
forte. O pH é definido pelo equilíbrio ácidobase da solução do par conjugado da base
fraca (neste caso, o NH4+), nas condições de
concentração do ponto de equivalência.
3. O pH na região tampão – nesta região as
concentrações da base e do seu ácido
conjugado são iguais ou muito próximas.
Dulce Campos
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