Ácidos e Bases, pH e Tampões Biológicos

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+]