Fabiana Rodrigues Corrêa MEL: UMA SOLUÇÃO SUPERSATURADA Quando deixamos em repouso um pote de mel, cujo principal soluto é a glicose, esta se cristaliza. Quando isso acontece, muitas pessoas pensam que o mel se transformou em açúcar comum (sacarose). No entanto, se aquecemos este mel em banho-maria, o aumento da temperatura fará com que a glicose cristalizada se dissolva, regenerando a solução supersaturada inicial. Melado feito de cana-de-açúcar, xarope de milho (Karo) obtido de glicose e geléias são outros exemplos de soluções supersaturadas usadas em nosso dia-a-dia. 14 Fabiana Rodrigues Corrêa A ÁGUA OXIGENADA: UMA SOLUÇÃO AQUOSA água A oxigenada, comercializada normalmente em farmácias, na verdade é uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio [H2O2(aq)], em cujo rótulo aparecem indicações do tipo “10 volumes”, “20 volumes” etc. A água oxigenada é uma solução líquida incolor e transparente que pode apresentar aspecto viscoso em altas concentrações (100 volumes), sendo usada, neste caso, em laboratórios e indústrias. Na concentração de 10 volumes, ela é utilizada como agente bactericida nos ferimentos externos e em gargarejos, por apresentar ação antisséptica. Em outras concentrações, também é utilizada como alvejante de tecidos, peles de animais, pêlos e cabelos. Entre seus muitos usos, podem-se citar ainda: na indústria alimentícia, como conservante; na agricultura, como bactericida e fungicida de sementes; na restauração de pinturas a óleo, para regenerar as cores brancas que escurecem pela ação de alguns poluentes atmosféricos. As aplicações da água oxigenada estão relacionadas, na realidade, com a formação de átomos de oxigênio (oxigênio nascente: [O]), altamente reativo, produzidos na decomposição do peróxido de hidrogênio: H2O2 H2O + [O] H O O O H .. . + .O .. H H Outra maneira bastante comum de representarmos a decomposição do peróxido de hidrogênio é dada por: H2O(l) H2O2(aq) + ½ O2(g) Você já deve ter notado que a água oxigenada é vendida em frascos escuros ou em plásticos opacos. Isso se deve ao fato de a luz ser um dos fatores responsáveis pela sua decomposição (fotólise), na qual ocorre a liberação de gás oxigênio. Assim, as concentrações das soluções de 15 Fabiana Rodrigues Corrêa água oxigenada são definidas em função do volume de O 2(g) liberado (medido nas CNTP) por unidade de volume da solução. Dessa maneira uma água oxigenada de concentração 10 volumes libera 10 litros de O 2(g) por litro de solução. Para obtermos 1 litro de uma solução de água oxigenada a 10 volumes, devemos dissolver uma massa (m 1) de H202 em água, que irá liberar, na sua decomposição, 10 litros de O 2, medidos nas CNTP. A determinação da massa (m 1) é feita da seguinte maneira: (Massa molar de H202 = 34 g mol-1) H202 H20 + ½ O2 1 mol 0,5 mol 34 g 11,2 L (CNTP) m1 10 L 34 g . 10 M1 = L 11,2 L M1 = 30,3 g de H2O2 Assim, a massa m 1 = 30,3 g de H202 é a necessária para produzir 1,0 litro de solução de água oxigenada a 10 volumes. 16 Fabiana Rodrigues Corrêa A TITULAÇÃO APLICADA À SAÚDE O soro fisiológico é uma solução de cloreto de sódio e água destilada usada em grandes quantidades em hospitais. Sua administração geralmente é feita por via endovenosa. Essa solução deve apresentar, então, uma concentração adequada, pois pode provocar morte de células. Nas indústrias, essa solução é preparada em grandes quantidades pela mistura de uma quantidade conhecida de NaCl a uma grande volume apropriado de água destilada, a fim de se obter uma solução de concentração adequada. Para dar segurança máxima no uso dessa solução, costuma-se determinar a sua concentração exata através da titulação. É retirada uma amostra da solução preparada, sendo seu volume determinado da maneira mais precisa possível. Em seguida, essa amostra é titulada, utilizando-se uma solução padronizada de nitrato de prata (AgNO3) 0,10 molar. Nessa titulação, ocorre a seguinte reação: NaCI(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) Pela equação percebemos que ocorre a precipitação do cloreto de prata [AgCl(s)]. A primeira gota de nitrato de prata obtida após a precipitação total do cloreto presente na amostra do soro reage com um indicador apropriado, produzindo uma solução de cor salmão. A partir do volume de nitrato de prata consumido determinamos o seu número de mol. Como, na reação, a proporção é de 1:, o número de mol de NaCl também será determinado e, como o volume de amostra é conhecido, conseguimos saber a sua concentração molar exata. 17 Fabiana Rodrigues Corrêa VARIAÇÃO DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA E PONTO DE EBULIÇÃO N as montanhas, onde a pressão atmosférica é menor do que ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água em recipiente aberto é menor que 100 ºC. No monte Everest (Ásia), por exemplo, cujo pico está 8.882 metros acima do nível do mar, a pressão atmosférica é de 244mm Hg e a água entra em ebulição a 71 ºC. Na cidade de São Paulo, onde a pressão atmosférica é de aproximadamente 700 mm Hg, o PE da água é menor que 100 ºC: aproximadamente 98,3 ºC. O fato de o ponto de ebulição ser alterado pela variação da pressão exercida sobre o líquido é utilizado com freqüência no nosso dia-a-dia. Um aumento de pressão provoca um aumento na temperatura de ebulição que, por sua vez, acelera as mudanças físicas e químicas que ocorrem durante o cozimento de alimentos, como carnes, ovos, legumes etc. esse aumento de pressão é obtido quando utilizamos a panela de pressão. Nesse aparelho, a pressão atinge valores superiores a 1 atm (760 mm Hg), o que provoca a ebulição da água a temperaturas superiores a 100 ºC. 18 Fabiana Rodrigues Corrêa OSMOSE NA MEDICINA HEMODIÁLISE N osso organismo retira dos alimentos os nutrientes necessários à vida e, durante esse processo, são produzidos resíduos tóxicos, como a uréia, que devem ser eliminados. Esses resíduos normalmente são eliminados pelos rins, porém, pessoas que apresentam mau funcionamento renal devem ser submetidas a sessões de hemodiálise para a eliminação desse resíduos. O processo de diálise assemelha-se à osmose, diferindo pelo fato de tanto solvente (água) como as pequenas partículas dos solutos (entre elas, os resíduos) serem capazes de atravessar as membranas semipermeáveis utilizadas. Na osmose, ocorre apenas a passagem do solvente. Na hemodiálise, o sangue é bombeado por meio de um tubo formado por uma membrana dialisadora. Essa membrana encontra-se imersa em solução que contém muitos componentes do plasma sangüíneo (glicose, NaCl, Na HCO3, KCl etc) na concentração em que nele são encontrados. As células sangüíneas, as proteínas e outros componentes importantes do sangue, por serem maiores que os poros dessa membrana, não conseguem atravessá-la. Porém, os resíduos tóxicos conseguem passar para a solução através da qual serão eliminados do organismo. Cada sessão de hemodiálise pode levar, em média, de 4 a 7 horas para ser realizada. 19 Fabiana Rodrigues Corrêa REDUTORES E OXIDANTES ALGUNS REDUTORES BEM CONHECIDOS: REVELADOR E SUCO DE LARANJA Um dos redutores mais conhecidos é o revelador usado em fotografias em preto-e-branco. O filme utilizado nesse processo de revelação consiste de uma lâmina plástica recoberta por uma emulsão de cloreto ou de brometo de prata. Os íons de prata expostos à luz reagem com o revelador - um agente redutor -, formado prata metálica. Esses agentes redutores geralmente são compostos orgânicos, sendo a hidroquinona um dos mais utilizados: hidroquinona benzoquinona C6H4(OH)2(aq) + 2 Ag+(aq) C6H4O2(aq) + 2 Ag(s) + 2H+(aq) Nox médio dos C = 1-/3 Nox médio dos C = 0 Os íons de prata que não foram expostos à luz não reagiram com a hidroquinona. O filme é, então, “lavado” com tissulfato de sódio para a retirada desses íons, originando o negativo. Nesse processo, o negativo fica preto nas partes em que houve deposição de prata metálica (pontos expostos à luz) e transparente na área em que não ocorreu a redução dos íons de prata. Em seguida, faz-se um feixe luminoso atravessar o negativo e incidir sobre um papel sensível à luz, produzindo a fotografia – o positivo. Em Medicina, os agentes redutores costumam ser denominados antioxidantes. Um dos mais conhecidos é a vitamina C (ácido ascórbico). Atualmente, industrializados muitos recebem alimentos adição de vitamina C, não só pelo seu valor nutricional, mas pelo fato de o ácido ascórbico reagir rapidamente com vários agentes oxidantes – como o gás oxigênio do ar -, evitando que o alimento sofra alterações. A vitamina C é solúvel em água e, por isso, ela não pode ser adicionada a No preparo de uma salada de frutas, costuma-se colocar um pouco de suco de laranja ou de limão sobre os pedaços de pêra e maçã. Esse procedimento evita escurecimento dessas frutas, pois a vitamina C, presente nesses sucos, impede a ação oxidante do oxigênio sobre elas. certos alimentos como antioxidante. Nesse caso, deve ser substituída pela vitamina E, que age também como antioxidante lipossolúvel, isto é, solúvel nas gorduras. ALGUNS OXIDANTES POPULARES: ALVEJANTES E ÁGUA OXIGENADA Os alvejantes, também conhecidos por branqueadores, são substâncias usadas para eliminar cores e manchas indesejáveis ou deixar mais brancos tecidos ou outros materiais. 20 Fabiana Rodrigues Corrêa As cores podem ser “produzidas” pelo movimento dos elétrons quando estes mudam de níveis de energia. Se esses elétrons forem retirados por meio de oxidação, a cor do tecido desaparecerá. Por esse motivo, todos os alvejantes são sempre agentes oxidantes. Porém nem todo agente oxidante pode ser usado como alvejante, ou por serem tóxicos ou danosos aos tecidos, ou por outros motivos, como, por exemplo, custo elevado. Os três oxidantes mais usados como alvejantes são o cloro (C l 2), os hipocloritos (Cl O-) e o peróxido de hidrogênio (H2O2). Os alvejantes de tecidos mais usados, tanto em residências como pelas indústrias, são os hipocloritos de sódio e de cálcio. Normalmente o NaC l O é usado em solução aquosa, enquanto o Ca (Cl O -)2 é comercializado em pó. Este último é o mais usado em escala industrial, principalmente para o tratamento de papel e de tecidos. Para clarear cabelos, geralmente se usa solução aquosa de peróxido de hidrogênio a 10 volumes, que oxida o pigmento preto do cabelo (melanina), tornado-o claro. Essa solução também é utilizada na restauração de pinturas. Os pigmentos brancos, usados em muitas tintas, contêm íons de sulfeto, produzindo o sulfeto de chumbo, de cor preta. O peróxido de hidrogênio oxida o sulfeto a sulfato, restaurando a cor branca, de acordo com a equação: PbS(s) + H2O2(aq) PbSO4(s) + H2O(l) preto branco 21 Fabiana Rodrigues Corrêa A ENERGIA DE ATIVAÇÃO ara que uma reação química possa ocorrer é necessário que os reagentes recebam certa P quantidade de energia, chamada energia de ativação (Ea). A quantidade, assim como a forma da Ea, varia de uma reação para outra. Em um grande número de situações, ela é fornecida aos reagentes através de um aquecimento; porém, pode ser de outros tipos. A reação entre os gases nitrogênio (N2) e oxigênio (O2), componentes do ar, por exemplo, não ocorre em condições ambientes, embora exista um grande número de choques entre suas moléculas. A reação entre esses gases ocorre na atmosfera apenas quando associada a descargas elétricas dos relâmpagos, em dias chuvosos, e também no interior dos motores de explosões internas, quando a vela do automóvel libera uma faísca elétrica. Nesses casos, a Ea é fornecida pelas faíscas. A Ea necessária para a combustão do gás contido num isqueiro também é proveniente de uma faísca. A faísca ainda é usada para fornecer a Ea a um dispositivo usado em carros para proteger os motoristas, o airbag. Esse dispositivo é inflado pelo gás nitrogênio (N2) produzido numa reação praticamente instantânea que ocorre entre o nitrogênio de sódio e o óxido de ferro III: Faísca 6 NaN3 + Fe2O3 3 Na2O + 2 Fe + 9 N2 22 Fabiana Rodrigues Corrêa ANTIÁCIDOS E AZIA O estômago secreta, diariamente, cerca de 2,5 L de suco gástrico. A substância mais importante presente nessa secreção é o ácido clorídrico (HC l ) , que tem duas funções importantes: eliminar microorganismos e auxiliar o processo digestório. Além do suco gástrico, algumas células secretoras produzem o muco – camada gelatinosa que se forma sobre a parede do estômago, protegendo-o do ácido clorídrico. Álcool, vinagre e alguns antiinflamatórios podem fragilizar essa camada protetora e, se isso ocorrer, mesmo em concentrações normais de HC l, inicia-se o desconforto gástrico popularmente conhecido por azia. Esse desconforto geralmente é provocado por hiperacidez estomacal decorrente da ingestão, em excesso, de alimentos, de cafeína, de bebidas alcoólicas e de substâncias apimentadas ou ácidas. O excesso de ácido pode atravessar a camada de muco protetor e alcançar a parede do estômago, bem como migrar para o esôfago, provocando uma desagradável sensação de “queimação” no peito. Os antiácidos são drogas usadas com o intuito de neutralizar o HC l presente no suco gástrico, aliviando a dor gástrica associada à hiperacidez. Há várias disponíveis drogas no mercado. O quadro ao lado traz a relação dos Nomes comerciais bicarbonato de sódio (NaHCO3) Alka-seltzer, Eno, Sonrisal hidróxido de magnésio [Mg(OH)2] Maalox, Mylanta, Di-gel hidróxido de alumínio Leite de Magnésia Phillips principais antiácidos conhecidos. O Nome genérico do principal antiácido bicarbonato de sódio tem atuação rápida , levando alívio imediato a quem o consumir. Ao ser ingerido, esse antiácido libera CO 2 e provoca eructação (arroto): NaHCO3(s) H2O Na+(aq) + HCO-3(aq) HCO3(aq) + H3O+(aq) H2CO3(aq) + H2O(l ) H2CO3(aq) CO2(g) + H2O(l ) O bicarbonato de sódio não deve ser utilizado em tratamentos prolongados, pois parte dele é absorvida no intestino, podendo alcalinizar o sangue (alcalose). O hidróxido de magnésio é uma suspensão aquosa de MgO e Mg(OH)2 que, ao ser ingerida, neutraliza o ácido clorídrico do estômago. A reação pode ser representada por: Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl 2 (aq) + 2 H2O(l) Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) Mg2+(aq) + 2 H2O(l ) ou, simplificadamente: 23 Fabiana Rodrigues Corrêa Os efeitos da atuação do hidróxido de magnésio não são tão imediatos quanto os do bicarbonato de sódio, no entanto, devido a sua baixa solubilidade, parte do hidróxido permanece no estômago, formando um reservatório de antiácido, o que torna a sua ação mais duradoura. Parte do cloreto de magnésio MgCl 2 (aq) produzido na reação atua como um laxante salino de atuação discreta. Por não provocar alterações significativas, o uso desse antiácido é recomendado para tratamentos prolongados. O hidróxido de alumínio neutraliza o ácido clorídrico presente no estômago mediante a formação de cloreto de alumínio e água: Al (OH)3(s) + 3 HCl AC3(aq) + 3 H2O(l ) ( aq) ou, simplificadamente: Al (OH)3(s) + 3 H+(aq) A3+(aq) + 3 H2O(l ) Esse antiácido atua gradualmente e seu efeito continua por várias horas. O uso prolongado desse medicamento pode provocar constipação (diminuição da freqüência de evacuação). 24 Fabiana Rodrigues Corrêa SOLUÇÃO-TAMPÃO Em muitas soluções, inclusive nas presentes em nosso corpo, o pH deve ser mantido em determinada faixa de valores. Por exemplo: o nosso sangue deve apresentar pH entre 7,3 e 7,5. Se o pH sangüíneo variar acima ou abaixo dessa faixa, essa variação , mesmo sendo pequena , poderá causar sérios distúrbios ao organismo ou até mesmo levá-lo à morte.Uma das maneiras de se controlar o pH de uma solução é mediante o uso de uma solução-tampão. A solução-tampão é uma mistura que tem a capacidade de evitar que o pH sofra grandes variações. Ela é formada por duas substâncias: um ácido fraco e um sal desse ácido: H3CCOOH/ [Na(H3CCOO)] ou Uma base fraca e um sal dessa base: NH4OH / [NH4 (H3CCOO)] Para entendermos como uma solução-tampão age, vamos estudar um dos tampões encontrados no sangue, formado por ácido carbônico (H2CO3) e bicarbonato de sódio (NaHCO3). A ação do tampão está relacionada aos equilíbrios existentes na solução. Observe: H2CO3 NaHCO3 H+ + HCO-3 Na+ + HCO-3 ácido sal Nessa solução, temos, simultaneamente, alta concentração de H 2CO3 e HCO-3 proveniente da dissociação do sal. Vamos ver como a solução-tampão consegue controlar o pH quando ela sofre a adição de pequenas quantidades de ácido ou base. a) Adição de ácido: suponha que certa quantidade de íons H+ tenha sido introduzida no sangue. Esses íons irão se combinar com o ânion HCO-3 proveniente do ácido e, principalmente, do sal, originando ácido carbônico (H 2CO3) não-ionizado. 25 Fabiana Rodrigues Corrêa b) Adição de base: suponha, agora, que certa quantidade de íons OH - tenha sido introduzida no sangue. Esses íons irão retirar H+ do equilíbrio do ácido (H2CO3), fazendo com que esse ácido se ionize e produza quantidade de H+ suficiente para neutralizar o OH- introduzido. Em nenhum dos casos ocorre variação significativa de pH. O nosso sangue apresenta três soluções-tampão: 1) H2CO3/ HCO-3 2) H2PO-4/HPO2-4 3) algumas proteínas Outras soluções-tampão atuam em diferentes valores de pH. Para calcularmos o pH desses tampões, a concentração de ânion do sal ou a concentração de ácido, usamos a equação de Henderson-Hasselbach: -log [H+] = - log Ka –log [ácido] ânion do sal ou pH = pKa + log ânio do sal ácido Para a solução-tampão estudada no texto, teríamos: pH = pKa + log [HCO3] [H2CO3] O pH de uma solução-tampão é controlado, primeiramente, pela força do ácido (Ka) e, num segundo momento, pelas quantidades relativas do ânion proveniente do sal e do ácido. Essa equação é válida quando a relação [ânion do sal]/[ácido] for maior que 0,1 e menor que 10. 26 Fabiana Rodrigues Corrêa A BOLSA DE GELO Bolsa de gelo instantâneo: a reação produz uma sensação de frio, isto é, o sistema absorve calor. Assim, a entalpia final do sistema é maior do que a entalpia inicial. 27 Fabiana Rodrigues Corrêa AS PRIMEIRAS PILHAS m 1791, o anatomista italiano Luigi Galvani observou que os músculos da coxa de rãs E recentemente dessecadas sofriam contrações quando em contato simultâneo com dois metais diferentes. Galvani concluiu que o fenômeno estava associado à presença de eletricidade, originária dos músculos, sendo que os metais serviam de condutores. Já o físico italiano Alessandro Volta interpretou o mesmo fato de maneira diferente. Ele julgou que a eletricidade tinha sua origem nos metais e, a partir disso, começou a realizar uma série de experiências usando pares de diferentes metais. Os resultados dessas experiências logo comprovaram que ele tinha razão. Em suas experiências, Volta colocava um “condutor úmido” (solução aquosa salina) entre dois “condutores secos” (geralmente metais), ligando-os com um fio condutor. Assim, Volta descobriu que “se estabelece, segundo a força predominante, à direita ou à esquerda, uma corrente elétrica, uma circulação desse fluído, que cessa apenas ao se romper o circuito, e se restabelece logo, sempre que o circuito é restabelecido”. Como podemos perceber, Volta já tinha, naquele momento, a idéia da pilha e também notado que o sentido do fluxo da corrente elétrica dependia dos metais que formavam cada par de “condutores secos”. Hoje, sabemos que o metal que libera os elétrons sofre oxidação e é aquele que tem o maior potencial de oxidação, ou seja, menor potencial de redução. Em 1800, em uma carta ao cientista inglês Joseph Banks, Volta relata a construção de sua primeira pilha: Coloco horizontalmente, sobre uma mesa ou uma base, um dos discos metálicos – de prata, por exemplo -, e sobre ele disponho um segundo disco de zinco; sobre este coloco um dos discos de flanela embebido em salmoura; depois outro disco de prata, seguido imediatamente por outro zinco, sobre o qual pouso outra vez um disco umedecido. Continuo então da mesma maneira... até formar, com vários desses estágios, uma coluna tão alta que possa ainda se sustentar a si mesma sem cair. Os discos terminais eram constituídos por metais diferentes e conectados por um fio condutor. Volta realizou experiências usando pares de diferentes metais e verificou que a quantidade de corrente elétrica variava em função dos metais utilizados. Além disso, ele foi o primeiro a utilizar soluções eletrolíticas entre os eletrodos. Volta criou um dispositivo, denominado coroa de copos, formado por vários copos contendo soluções 28 Fabiana Rodrigues Corrêa eletrolíticas, ligados entre si por uma haste metálica cujas extremidades eram compostas de metais diferentes. Coroa de copos Esquema da coroa de copos de Volta 29 Fabiana Rodrigues Corrêa pH DO XAMPU O xampu deve ter pH ácido, próximo ao do cabelo ( 4,0), para manter fechadas as escamas de queratina que recobrem os fios. Em meio básico, essas escamas se abrem e isso, além de tornar os fios vulneráveis e quebradiços, impede que a luz que incide sobre elas seja totalmente refletida, deixando os cabelos opacos (sem brilho). O uso de xampu alcalino causa danos aos fios e provoca aparecimento de “pontas duplas”; para se ter uma idéia, se o cabelo for submetido por algum tempo a um pH próximo de 12, ele literalmente dissolve. É justamente esse princípio de ação dos chamados depiladores (removedores de pêlos) encontrados no mercado na forma de creme e mousses. 30 Fabiana Rodrigues Corrêa A PISCINA Uma reclamação constante de pessoas que freqüentam piscinas públicas é o forte “cheiro de cloro” que elas apresentam, principalmente quando são cobertas. Na verdade, o ácido hipocloroso – denominado “cloro livre” – não tem cheiro em concentrações de até 20 ppm (e o máximo recomendado na piscina é de 3,0 ppm). Portanto, o cheiro forte é de “cloro” ou de “ácido hipocloroso”, mas sim de compostos denominados cloroaminas, formados pela reação entre o ácido hipocloroso e o cátion amônio, NH1+4(aq), liberado pela urina ou pelo suor dos banhistas. 31 Fabiana Rodrigues Corrêa SOLIDIFICAÇÃO DA ÁGUA Para evitar a solidificação da água do radiador dos automóveis nos dias muito frios (temperatura abaixo etilenoglicol. Com solidificação da consideravelmente, solidificação. 32 de isso 0ºC) a água evitando adiciona-se temperatura abaixo assim de abaixa a sua Fabiana Rodrigues Corrêa DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO Uma dona de casa, depois de preparar o peixe para o almoço, usa limão ou vinagre para remover o “cheiro de peixe” de suas mãos. Por quê? O cheiro de peixe é causado por um composto de fórmula CH3 - NH2, chamado metilamina, proveniente da decomposição de certas proteínas do peixe. Esse composto é uma base, parecida com o NH3: CH3 - NH2 + H2O ∆ ∆ CH3 – NH+3 + OHbase O limão e o vinagre são ácidos (H+) e vão neutralizar os íons OH-, retirando-os do equilíbrio. Este irá então se deslocar para a direita (), retirando do equilíbrio o CH3 – NH2, responsável pelo cheiro de peixe. 33