Biofisica - propriedades fisicas e quimicas da agua

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Biofisica - propriedades fisicas e quimicas da agua

  1. 1. Propriedades Físicas e Químicas da Água •A água é a substância mais abundante nos seres vivos, perfazendo 70%- 90% do seu peso total. •No planeta Terra, sem água não há seres vivos. •A água permeia todas as porções de todas as células e é o meio onde ocorrem o transporte de nutrientes, as reações metabólicas catalisadas enzimaticamente e a transferência de energia química. Conteúdo de água corporal • Crianças possuem pouca gordura corporal, massa muscular e apresentam 73% ou mais de água.  O total do conteúdo de água cai com o passar da vida. -Homens saudáveis possuem aproximadamente 60% de água; -Mulheres possuem aproximadamente 50%.  Esta diferença é devida a: -Maior gordura corporal. -Menor quantidade de músculo esquelético.  Em idades avançadas, apenas 45% do peso corporal é composto de água. Distribuição da água •O conteúdo de água pode ser dividido em dois compartimentos. 1- Fluidos intracelular (FIC)– responsável por aproximadamente 2/3 do volume total, contido nas células. 2- Fluido Extracelular (FEC)– consiste principalmente em duas grandes subdivisões:  Plasma – a porção fluida do sangue.  Fluido intersticial – liquido que ocupa os espaços entre as células. •Outros (FEC) – linfa, fluido cerebroespinhal, humor aquoso do olho, fluido sinovial, e secreções gastrointestinais. Total do volume de água corporal 40 L, 60% do peso do corpo Vol. de fluido extracelular = 15 L, 20% do peso corporal Volume de fluido intracelular = 25 L, 40% do peso corporal FEC: Fluido extra celular Volume de fluido intersticial = 12 L, 80% do FEC Volume do Plasma = 3 L, 20% do FEC
  2. 2. Molécula de água: Macroestrutura – Água como Veículo. Por suas propriedades macroscópicas a água favorece os sistemas biológicos de diversas maneiras: 1. Densidade É relação entre a massa de uma substância e o volume que ela ocupa (d = m/V) e a unidade no SI é Kg/m3. No caso da água pura e do gelo, temos: -Água: 1 Kg/m3 -Gelo: 0,9 Kg/m3 -Água do mar: 1,025 Kg/m3 2. Calor Específico É a quantidade de energia térmica que deve ser fornecida a uma substância para elevar sua temperatura. Quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 mol de água de 1ºC. No caso da água, é necessário adicionar 1 Kcal (4,2 KJ) para elevar 1,0˚C a temperatura de 1000g de água. A unidade no SI é J/kgK (Joule por Kilograma Kelvin). O elevado calor específico da água confere a ela a característica de um “tampão térmico”. Inversamente, para esfriar a água é necessário muito mais calor. Como a água é ¾ de um sistema biológico, ela age como moderador térmico: evita a mudança brusca de temperatura. 3. Calor de Vaporização É a quantidade de energia que é necessária para vaporizar uma molécula de uma substância. É a quantidade de calor necessário para evaporar 1 mol de água a 100˚C. A água precisa de um calor relativamente alto para que se dê a quebra das pontes de hidrogênio, o que origina o vapor. Portanto, o calor de vaporização da água é alto. Vantagem -Para desidratar um sistema biológico, é necessário gastar mais energia. -Uso da água para controlar a temperatura corporal: animais homeotérmicos (sudorese ou respiração) 4. Tensão Superficial Na física, a tensão superficial é um efeito que ocorre na camada superficial de um liquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. Quantidade de energia necessária para espalhar um líquido numa superfície por unidade de área. A água possui um dos mais elevados valores de TS. Esta propriedade resulta de forças desiguais de atração molecular, que operam na superfície e no interior do líquido. As moléculas de um líquido, como a água, dentro de um capilar estão sujeitas a dois tipos de atração. -Coesão= forças de atração entre moléculas iguais: água:água -Adesão= forças de atração entre um líquido e um sólido, como entre a água e as paredes de um tubo capilar.  Quando a força de adesão é relativamente alta em relação à força de coesão das moléculas, ocorrerá elevação de uma coluna de líquido no capilar (capilaridade). Elevação Capilar
  3. 3. h = 2σ cosα rρg r α h Densidade do Líquido (ρ) h= elevação da coluna de líquido, m; σ= tensão superficial do líquido, N m-1; α= ângulo de contato do líquido com a parede interna do capilar; ρ = densidade do líquido, Kg m-3; r = raio do tubo capilar, m; g = aceleração da gravidade, 9,80 m s -2.  Calcule a elevação capilar nos interstícios entre as fibrilas de celulose da parede celular de apenas 5nm de raio, sabendo que σ = 0,0728 N m-1 , ρ= 998 Kg m-3 e cos α = 1. ► O EFEITO DE SOLUTOS NAS PROPRIEDADES DA ÁGUA • Ao atuar como solvente, a água forma soluções cujas propriedades são de grande importância para o estudo de fenômenos vitais. •Aditivo-constitutivas • Essas propriedades podem ser: •Coligativas Aditivo-constitutivas Dependem tanto da concentração quanto da natureza do soluto e do solvente. Ex: condutibilidade elétrica, tensão superficial, densidade e viscosidade. Coligativas Dependem apenas do número de partículas de soluto e da natureza do solvente. Ex. abaixamento da pressão de vapor de solvente, abaixamento da temperatura de congelamento do solvente, elevação do ponto de ebulição do solvente, pressão osmótica. Propriedades Coligativas das Soluções 1. Abaixamento da Pressão de Vapor de Solvente: Qualquer líquido confinado num recipiente hermeticamente fechado, sob temperatura constante, estabelecerá equilíbrio com o seu vapor. Este vapor, chamado de pressão de vapor, exercerá uma pressão parcial sobre o líquido independe do volume do líquido. À medida que se aumenta a temperatura, observa-se aumento na evaporação do líquido e, conseqüentemente, na sua pressão de vapor. Quando esta temperatura se iguala à pressão atmosférica, o líquido entra em ebulição. Por esta razão, ponto de ebulição é definido como a temperatura em que a pressão de vapor iguala-se à atmosférica. Do mesmo modo, defini-se ponto de fusão ou solidificação como a temperatura em que a pressão de vapor da forma sólida iguala-se à pressão de vapor da forma líquida ( ex. gelo e água 0˚C) Em soluções muito diluídas, a modificação da pressão de vapor do solvente pela introdução de determinada quantidade de soluto segue a Lei de Raoult: O abaixamento da pressão de vapor do solvente, pela adição de um soluto não volatil, é igual ao produto da fração molar do soluto pela pressão de vapor do solvente puro.
  4. 4. ΔP=P0F1 F1= ΔP / P0 ΔP= Po-Ps P0= pressão de vapor do solvente puro; Ps= pressão de vapor do solvente após adição do soluto. F1= fração molar do soluto, isto é, o número de moles totais (número de moles de soluto e de solvente. Po solvente No caso de soluções ideais, a que obedecem à Lei de Raoult, obtém-se uma b reta, quando existe algum tipo de interação entre as moléculas do solvente e do a- solução ideal b e c - desvio a soluto, ocorrem desvios. Qdo as forças de atração das moléculas de soluto e de c solvente são menores que as forças de atração entre soluto-soluto e solventesolvente, afastamento da linearidade é positivo (b). Caso contrário, o afastamento é negativo. 0 0,5 1,0 F1 do soluto F1= fração molar do soluto, representa a relação entre o número de moles de soluto (n1) e o número de moles totais (nt= n1 + n0). Como em soluções diluídas o valor de n0 é muito maior de que o de n1, tem-se: nt= n1+n0 ≈ n0 F1≈ n1/n0 logo, n1= m1/M1 F1= ΔP / P0 e n1/n0 = ΔP / P0 n0= m0/M0 ΔP = m1M0 P0 m 0 M1 ΔP/ P0 = F1 = n1/n0 = (m1/M1)/(m0/M0) Calcular a massa molecular de uma substância sabendo que 5g desta adicionados a 1000g de água reduziu 0,1% na pressão de vapor do solvente e que a pressão de vapor da água pura, a 20˚C, é igual a 17,4 mmHg. ( em daltons) ΔP/P0= 0,1%  0,001 Água  Mo=___ m0=___ substância  M1=? e m1= _____ ΔP = m1M0 P0 m 0 M1 Exercício 01) Explique a organização atômica da água e como ela forma um dipolo. 02) Como se acham estruturadas as moléculas de água nos estados sólido, líquido e gasoso? 03) Que propriedade(s) da água lhe confere(m) o caráter de tampão térmico? 04) Por que a água é um bom solvente para solutos iônico, polares e até mesmo apolares? Explique 05) Liste as principais propriedades da água. 06) Quais são as propriedades aditivo-constitutivas e coligativas das soluções? Quais as diferenças entre elas? 07) Calcule a pressão osmótica em atm (π) do sistema abaixo. Dados: Altura inicial 8 cm ; Altura final 16 cm; densidade 0,05 Kgm-3 e Gravidade 9,8 ms-2 . (1 atm = 101.325,0 Pa = 760 mmHg). Formula: P= F/A π = h.d.g 08) Calcule o deslocamento da solução, sabendo que o π = 150 atm, a densidade da solução é 60gm-3 e a gravidade no experimento é 7000mms-2. 09) Calcule a elevação capilar de 8nm de raio, sabendo que a tensão superficial do líquido é σ = 0,0850 Ncm-1, a densidade do líquido é ρ= 75.104 gm-3 e o ângulo de contato do líquido com a parede interna do capilar é 60º.

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