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A Água: Propriedades e Funções

Solução Tampão

Introdução: • É constituída por 2 gases: Hidrogênio Oxigênio Na proporção 2:1, ou seja 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio

Sua Fórmula Química é H20

• Sinônimos: Ácido hidroxílico Hidróxido de hidrogênio Óxido de hidrogênio Monóxido de dihidrogênio

Generalidades: • É essencial para todas as formas conhecidas de vida na Terra • Se a água é encontrada em um determinado planeta pode-se esperar que haja vida neste planeta • ¾ da superfície da Terra são cobertos pela água (75%) • Equivale a 1,5 bilhões de km3 de água em todo o planeta • Nas seguintes proporções: 97,5% oceanos 2,4% geleiras e calotas polares 1,6% aquíferos 0,6% rios, lagoas e lagos 0,001% atmosfera

97,5% de água salgada

2,5% de água doce

Estados Físico da Água no Planeta Líquido Sólido Gasoso

Generalidades: • O Volume da água na Terra é de, aproximadamente, 1.360.000.000 km3, mas apenas 9% pode ser consumida pelos seres humanos, ou seja Água Potável. • Água Potável se caracteriza por apresentar menos de 1000 coliformes fecais e menos de 10 micro-organismo patogênico por litro de água. • A escassez de água potável é um Problema Muita Grave, e já começou: 29 países já têm problema com falta de água e tende a piorar. Até 2025, dois de três habitantes do planeta serão afetados de alguma forma pela escassez. • É um problema em escala mundial e que nunca houve nenhum problema semelhante • A falta de água da afeta o Oriente Médio, China, Índia e o Norte da África. A ONU calcula que até 2050, 50 países sofrerão com a crise de abastecimento de água

Generalidades: • A água se move constantemente na Terra através do Ciclo da Água, conhecido cientificamente como o Ciclo Hidrológico, que refere-se a troca permanente de água da hidrosfera, entre a atmosfera, as águas do solo (superficiais e subterrâneas) e das plantas, com mudanças permanentes do estado físico da agua • Os processos de transferências do Ciclo Hidrológico: Evaporação Transpiração Evapotranspiração Precipitação Escoamento Infiltração Absorção Percolação: minas d´água ou nascentes

Generalidades: • Ciclo Hidrológico:

Funções: • Nos Seres Vivos • Nas Indústrias • Na Agricultura • Na Geologia

Funções: • Nos Seres Vivos: 10% Humanos: 75% composto da água Solvente de líquidos orgânicos: permite o transporte das substâncias para as diversas parte do corpo e o meio para a ocorrência da maioria das reações químicas celulares. Proteção contra doenças: desidratação, cálculo renal, infecções urinárias. Determina um bom funcionamento dos órgãos: ingerida por via oral e eliminada na filtração hídrica renal (urina) e pela transpiração dos poros.

Funções: • Nos Seres Vivos: 10% Transportes de substâncias através da membrana celular: tranportes de íons e micromoléculas: gradiente de concentração/difusão/osmose. Redutores do atrito entre os tecidos, atua como lubrificante. Moderadores térmicos: A água regula a variação térmica dos seres vivos, impedindo que eles se superaqueçam com suas reações químicas: Calor Específico da água. Veículos de eliminação de resíduos orgânicos: Através da água são dissolvidos e eliminadas as substâncias nocivas ao organismo, provenientes do metabolismo celular, tais como a uréia, a creatinina, o ácido úrico, a amônia, etc.

Funções: • Nas Indústrias: Transferência de Calor:

o Refrigeradora: Torres de Resfriamento o Aquecimento: Caldeiras

Geradora de Energia: o Termoelétricas: vapor d`água para mover as turbinas adaptadas a geradores

Aplicação nos Processos: o Transportadora: transporte de materiais o Diluidora: a maiorias das reações químicas são realizadas em soluções

Lavagens de máquinas e equipamentos Irrigação da áreas verdes Sanitários

Funções: • Na Agricultura: 69% Irrigação do solo Utilização animal

Funções: • Nas Indústrias: 21% Alguns exemplos de consumo de água na produção: o 1 garrafa – 3 litros o 1 calça Jeans – 8.000 litros o 1 micro computador – 30.000 litros o 1 carro – 380.000 litros o 1 kg de trigo (produção) 500 a 4.000 litros o 1 litro cerveja – 10 litros o 1 kg batata – 106 litros o 1 kg galinha – 3.500 litros o 1 kg carne – 10.000 litros

Funções: • Na Geologia: Mateorização (formação de rocha, solos e minerais): superfícies Padrões das falhas geológicas: subterrâneas Vulcões: manto

Propriedades: • Molécula Polar • Formam “Pontes de Hidrogênio” • Dilatação anômala Densidade Maior (3,984oC)

• Incolor • Estável na Atmosfera • Tensão Superficial • Calor Específico • Solvente Universal: Gradiente de Concentração Difusão Osmose / Pressão Osmótica Pressão Hidrostática

Propriedades: • Molécula Polar • Formam “Pontes de Hidrogênio”

Propriedades: • Dilatação anômala: Densidade Maior: A água entre 0oC e 4oC se torna menos densa: congela a superfície o Contração da moléculas: “pontes de hidrogênio” o Diminuição do volume

V: volume

T: temperatura (oC)

Densidade máxima

Propriedades: • Dilatação anômala: Densidade Maior: A água entre 0oC e 4oC se torna menos densa: congela a superfície

Propriedades: • Incolor: possibilita a penetração dos raios ultravioleta (luz), que serão necessários para a fotossíntese marinha

Propriedades: • Estável na Atmosfera: absorve a radiação infravermelha, atenuando o efeito estufa

Propriedades: • Tensão Superficial: Presença das ligações entre as moléculas H2O: “Pontes de Hidrogênio”

Propriedades: • Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto

Calor Específico da água é 4,18 J/goC: para aquecer em 1oC a quantidade de 1g de água é necessário que ela absorva 4,18J de energia Regula a temperatura corpórea e o clima global

Propriedades: • Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto

Propriedades: • Solvente universal

Propriedades: • Solvente universal: A água é uma substância abundante na Terra e é capaz de dissolver

uma infinidade de substâncias como os sais, açúcares, proteínas, vitaminas e qualquer outra substância no estado sólido, líquido ou gasoso. Desta forma é muito difícil encontrar água realmente pura na natureza. Qualque alteração no cheiro, na cor ou no sabor na água se deve a outras substâncias nela presentes dissolvidas ou não. Esta propriedade está relacionada com sua molécula que é polar, desta forma penetra entre as partículas do soluto dissolvendo-as. As substâncias solúveis em água são denominadas de Hidrofílicas e são geralmente moléculas iônicas ou polares. As substâncias inssolúveis em água são denominadas de Hidrofóbicas e são geralmente moléculas apolares.

Propriedades: • Solvente universal:

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos

Solução Aquosa

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Gradiente de Concentração o Difusão o Osmose/Pressão Osmótica o Pressão Hidrostática

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Gradiente de Concentração: É a diferença de concentração dos solutos dissolvidas em água entre os dois lados de uma membrana plasmática.

Íons Extracelular (mM)

Intracelular (mM)

Extra:Intra

Na+ 100 5 1 : 20

K+ 15 150 10 : 1

Ca++ 2 0,0002 10.000 : 1

Cl- 150 13 11,5 : 1

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Gradiente de Concentração Favor Difusão Contra Transporte Ativo:

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão: É o transporte de um soluto através de uma membrana sem qualquer gasto de energia, portanto. é um Transporte à Favor do Gradiente de Concentração Difusão Simples: substâncias lipossolúveis através da membrana plasmática. Difusão por Poros (Filtração): substâncias hidrossolúveis e de pequeno tamanho. Ocorre através de verdadeiros canais aquosos proteicos, que envolve um fluxo de água que arrasta o soluto (os íons) a partir de uma pressão hidrostática ou osmótica através da membrana. Também denominada de Difusão Aquosa. Difusão Facilitada: substâncias hidrossolúveis e de grande tamanho que atravessam a membrana ligado em um carreador proteico, a favor de um gradiente de concentração. Este transporte é mais rápido que a difusão simples.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão: É o transporte de um soluto através de uma membrana sem qualquer gasto de energia, portanto. é um Transporte à Favor do Gradiente de Concentração Difusão Simples:

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão: É o transporte de um soluto através de uma membrana sem qualquer gasto de energia, portanto. é um Transporte à Favor do Gradiente de Concentração Difusão por Poros (Filtração):

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão: É o transporte de um soluto através de uma membrana sem qualquer gasto de energia, portanto. é um Transporte à Favor do Gradiente de Concentração Difusão Facilitada:

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão: Transporte Passivo

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Difusão X Transporte Ativo (Gasto de Energia):

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Osmose/Pressão Osmótica: É o nome dado ao movimento da água entre meios com concentrações diferentes de solutos, separados por uma membrana semipermeável. É um fenômeno físico-químico que ocorre quando duas soluções aquosas de concentrações diferentes entram em contato através de uma membrana semipermeável. A água movimenta-se sempre de um meio hipotônico (menos concentrado em soluto) para um meio hipertônico (mais concentrado em soluto) com o objetivo de se atingir a mesma concentração em ambos os meios (isotônicos) através de uma membrana semipermeável, ou seja, uma membrana cujos poros permitem a passagem de moléculas de água, mas impedem a passagem de outras moléculas.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Osmose/Pressão Osmótica: Este tipo de transporte não apresenta gasto de energia, logo, é um Transporte Passivo. A Pressão Osmótoca é a força exercida pela solução hipertônica de atrair a água através da membrana semipermiável.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Osmose/Pressão Osmótica:

Hipertônico > 7,8 atm Isotônico 7,8 atm Hipotônico < 7,8 atm

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Osmose/Pressão Osmótica: Fator de Van't Hoff (i)

Água Pura Solução 5% de açúcar 95% de água

Água Pura Solução mais diluída

C6H12O6

0,1 mol/L M= 0,2 mol/L

C6H12O6

NaCl 0,1 mol/L M= 0,2 mol/L

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Osmose Reversa: Dessalinização da água do mar.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Pressão Hidrostática: É a pressão exercida por uma coluna da água em uma superfície . Lei de Pascal: a força exercida em um ponto de um líquido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente. Lei de Stevin: a pressão da coluna de água é proporcional ao tamanho da

coluna de água.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Pressão Hidrostática: É a pressão exercida por uma coluna da água em uma superfície . Lei de Pascal: a força exercida em um ponto de um líquido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos 4 Fenômenos Importantes: TRANSMEMBRANAS o Pressão Hidrostática: É a pressão exercida por uma coluna da água em uma superfície . Lei de Stevin: a pressão da coluna de água é proporcional ao tamanho da

coluna de água.

Propriedades: • Solvente universal: Sistemas orgânicos e Inorgânicos

Funções Inorgânicas

Ácidos Bases Sais

Ácidos

Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único cátion o H+.

Hx A xH+ (aq) + Ax- (aq) água

Ácidos

Grupos: • Hidrácidos • Oxiácidos

Ácidos

Grupos: • Hidrácidos: ácidos sem oxigênio HF: ácido fluorídrico HCl: ácido clorídrico HBr: ácido bromídrico HI: ácido iodídrico H2S: ácido sufídrico HCN: ácido cianídrico

Ácidos

Grupos: • Oxiácidos: ácidos com oxigênio HClO3: ácido clórico H2SO4: ácido sulfúrico HNO3: ácido nítrico H3PO4: ácido fosfórico H2CO3: ácido carbônico

Ácidos

Classificação: • Grau de Ionização

Ácidos

Classificação: • Grau de Ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas

o Fortes o Semifortes o Fracos

α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas

Ácidos

Classificação: • Grau de Ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas

o Hidrácidos:

α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas

Fortes Semifortes Fracos

α ≥ 50% 5% < α > 50% α ≤ 5%

HCl, HBr, HI HF H2S, HCN

Ácidos

Propriedades: • Sabor azedo • Líquido fumegante • Líquido corrosivo • Ação sobre os indicadores de pH: baixo pH • Condutibilidade elétrica em meio aquoso • Extremamente perigoso • Reação com metais: determina a formação de um sal deste metal e libera o gás hidrogênio • Reação com os ânions carbonato e bicarbonato formando um sal, água e libera gás carbônico:

CaCO3 (s) + 2HCL (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) NaHCO3 (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

Ácidos

Aplicações: • ácido fluorídrico (HF): corrói o vidro • ácido clorídrico (HCl): suco gástrico • ácido sulfídrico (H2S): ovo podre • ácido cianídrico (HCN): mandioca e sol, ácido tóxico • ácido sulfúrico (H2SO4): baterias dos automóveis • ácido carbônico (H2CO3): presente nos refrigerantes • ácido fosfórico (H3PO4): refrigerante a base de cola • ácido nítrico (HNO3): fabricação de explosivos • ácido acético (H3CCOOH): produção do vinagre

Bases ou Hidróxidos

Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único tipo de ânion os íons OH- (Hidroxila).

São portanto Hidróxidos de Metais (cátion):

Nomenclatura: hidróxido de (nome do cátion) se o cátion apresentar deferentes eletrovalência, no final do nome, o número da carga elétrica do cátion será expressa em algarismo romano ou utilisamos o sufíxo “oso” para a menor carga e “ico” para a maior carga Exemplo:

Fe(OH)2: hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso Fe(OH)3: hidróxido de ferro III ou hidróxido férrico

C(OH)x Cx+ (aq) + x OH- (aq) água

NaOH Na+ + OH-

Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- água

Al(OH)3 Al3+ + 3OH-

Classificação: • Grau de Dissociação

Classificação: • Grau de Dissociação: está relacionada com a solubilidade das bases, quanto maior a solubilidade maior será sua força de dissociação, logo será considerada uma Base Forte. Logo, se uma base for pouco solúvel apresentará uma força de dissociação menor, portanto, será uma Base Fraca

Características das Bases

Base Solúvel Elevado Grau de Dissociação Base Forte LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH,

Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2

Base Insolúvel Baixo Grau de Dissociação Base Fraca NH4OH e as bases dos demais metais

Propriedades: • Sabor adstringente, que “amarra” a boca • Líquido extremamente perigoso • Ação sobre os indicadores de pH: alto pH • Reações com ácidos: ocorrerá a neutralização pela formação de água e a formação de um sal (salificação)

Aplicações: • hidróxido de sódio (NaOH): produção de sabão • hidróxido de magnésio (Mg(OH)2): antiácido gástrico • hidróxido de cálcio (Ca(OH)2: a cal utilizada nas pinturas e na argamassa • hidróxido de amônio NH4OH: nos fertilizantes agrícolas e produtos de limpeza

Sais Minerais

Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem dissociação, produzindo pelo menos um cátion diferente do H+ pelo menos um ânion diferente do OH-

Na+Cl- (s) Na+(aq) + Cl-(aq) água

Ag+NO3- (s) Ag+(aq) + NO-3 (aq) água

Na+HCO3- (s) Na+(aq) + HCO-3 (aq) água

Sais Minerais

Definição:

Ânions

acetato: H3CCOO- bicarbonato: HCO3- bissulfato: HSO4-

brometo: Br- carbonato: CO32- cianeto: CN-

cloreto: Cl- fluoreto: F- fosfato: PO43-

hipoclorito: ClO- iodeto: I- nitrato: NO3-

nitrito: NO2- permanganato: MnO4- pirofosfato: P2O74-

sulfato: SO42- sulfeto: S2- sulfito: SO32-

Cátions

+ 1 Li+, Na+, K+, Ag+, NH4+, Cu+

+2 Mg2+, Ca2+, Ba2+, Zn2+,Cu2+, Fe2+

+3 Al3+, Fe3+

Sais Minerais

Características: • Sabor salgado • Sólidos: compostos iônicos • Maior solubilidade: maior condutibilidade elétrica • Várias cores

Potencial de ionização da água: na temperatura 250C

HOH H+ + OH-

Ki = [H+] . [OH-] [H2O]

Ki . [H2O] = [H+] . [OH-]

Kw = [H+] . [OH-]

como [H2O] é constante, o produto Ki . [H2O] também é constante e será chamado de Kw , o produto iônico da água

Kw só varia com a temperatura

Em 1 litro de H2O a 250C temos: [H+] = [OH-] = 1,0 . 10-7 mol/L

Kw = 10-7 . 10-7

Kw = 10-14

Kw = [H+] . [OH-]

10-14 = [H+] . [OH-]

log 10-14 = log [H+] + log [OH-]

- log 10-14 = (-log [H+]) + (-log [OH-]) - log = p (potencial)

14 = pH + pOH

Potencial Hidrogeniônico: pH = -log [H+]

Potencial Hidroxiliônico pOH = -log [OH-]

Kw = 10-14

[H+] = [OH-] = 10-7 mol/L

pH = pOH = 7 meio neutro: pH = 7 meio ácido: pH < 7 meio básico: pH > 7

Potencial de ionização da água: na temperatura 250C

pH das Soluções: É o símbolo para determinar a grandeza físico-química do Potencial Hidrogeniônico, que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa.

[H+] = 10-4 mol/L pH = -log 10-4 : pH = 4 [OH-] = 10-10 mol/L pOH = -log 10-10 : pOH = 10

pH + pOH = 14

pH das Soluções:

Solução Tampão

Definição: É a solução capaz de manter o seu pH constante mesmo que seja adicionado pequenas quantidades de ácidos e de bases mesmo que sejam ácidos e bases fortes.

Solução Tampão

Constituição: • Solução Tampão Ácida:

o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio

• Solução Tampão Alcalina: o Base Fraca e o Sal Derivado

NH4OH + NH4Cl hidróxido de amônia e cloreto de amônia

Solução Tampão

Constituição: • Solução Tampão Ácida:

o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio

CH3COOH H3CCOO- + H+

CH3COONa H3CCOO- + Na+

pH das Soluções: Exercício: Em uma solução a concentração molar de íons OH- é de 1,0 . 10-9 mol/L. Qual será o seu pH em 250C e o caráter do meio desta solução?

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