CONCEITOS DE pH, ÁCIDO E BASE

CONCEITOS DE pH, ÁCIDO E BASE

O que é o pH? O pH ou potencial de hidrogênio iônico, é um índice

que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade

de um meio.

O conceito foi introduzido 1909.

O "p" deriva do alemão potenz, que significa poder

de concentração, e o "H" é para o íon de hidrogênio

(H+).

Do latim: pondus hydrogenii.

É importante em todas as fases de química e

bioquímica.

Em Bioquímica:

O pH do sangue é essencial para a manutenção

do meio extracelular e intracelular, para a troca de

íons nos dois meios, consequentemente um bom

funcionamento do organismo.

O pH do estômago afeta diretamente o processo

digestivo.

IMPORTÂNCIA DO pH

Em Agronomia:

O pH do solo regula a disponibilidade de

nutrientes para o crescimento das plantas, bem

como a atividade de bactérias do solo.

Em solos alcalinos (pH 8 ou acima) a quantidade

de nitrogênio, fósforo, ferro e outros nutrientes em

solução tornam-se tão baixa que o tratamento

especial é necessário para garantir o crescimento

adequado.

Em Ciência dos Alimentos:

A produção eficiente de alimentos depende do

cuidadoso controle de pH.

Leite e Lacticínios: pH do leite é de cerca de 6,8 e

é testada para impurezas e sinais de infecção.

Nos processos tais como a pasteurização, o pH

é verificado, e ajuda a acelerar o processo.

A uniformidade e a estrutura de queijo está

diretamente relacionada com o pH.

Na Indústria de Celulose e Papel:

O controle de pH é essencial para o bom

funcionamento das centrais de branqueamento e

outros.

Além disso, para se conformar com as normas de

proteção ambiental, o pH das águas residuais

provenientes destas plantas devem ser controladas.

Em Pesquisas Ambientais e de Controle de

Poluição:

O pH de um rio ou lago é importante para

manter um bom equilíbrio ecológico.

O pH da água afeta diretamente as funções

fisiológicas e utilização de nutrientes pelas plantas

e vida animal.

CONCEITO DE pH A atividade dos íons hidrogênio em uma solução

qualquer, depende da quantidade de hidrogênio livre

na solução.

Para a avaliação do hidrogênio livre nas

soluções, usa-se a unidade chamada pH.

A água é a substância padrão usada como

referência, para expressar o grau de acidez ou de

alcalinidade das demais substâncias.

A água se dissocia em pequena quantidade em íons

hidrogênio (H+) e hidroxila (OH-).

Figura ilustra a dissociação da água e as diversas formas de expressar a concentração dos íons hidrogênio dissociados.

A água é considerada um líquido neutro por ser o que menos se dissocia ou ioniza.

Isto equivale a dizer que a água não é ácido nem base e serve de comparação para as demais soluções.

A quantidade de moléculas dissociadas ou ionizadas na água é muito pequena, em relação ao total de moléculas, bem como são pequenas as quantidades de íons H+ e OH-, em solução.

Para cada 1 molécula de água dissociada em H+

e OH-, há 10.000.000 de moléculas não

dissociadas.

A concentração do H+ na água, portanto, é de

1/10.000.000 ou seja 0,0000001, conforme

representado na figura.

Para facilitar a comparação dessas pequenas

quantidades de íons, foi adotada a fração

exponencial, ao invés da fração decimal. Assim, pela

fração exponencial o valor de 0,0000001 é expresso

como 10-7, chamada "potência sete do hidrogênio",

e significa a sua concentração na água.

Para evitar a utilização de frações exponenciais negativas, foi criada a denominação pH, que representa o logarítmo negativo, ou seja, o inverso do logarítmo, da atividade do íon hidrogênio.

O pH de uma solução, portanto, representa o inverso da sua concentração de íons hidrogênio. Esta forma de representação permite que os valores da atividade do hidrogênio nas soluções, sejam expressos com números positivos.

Como as quantidades dos íons nas soluções se

equivalem, a água tem partes iguais do cátion (H+) e

do ânion (OH-), ou seja, a concentração de (H+) é

de 10-7 e a concentração de (OH-) também é de

10-7.

A água, portanto, tem o pH=7. H2O = H+ (10-7) +

OH- (10-7)

A escala de pH varia de 1 a 14.

Quando as concentrações dos íons H+ e OH-

são iguais, a solução está neutra e seu pH vale

7.

Quando a concentração de íons H+ é maior do

que a de íons OH-, a solução está ácida e o seu

pH é menor do que 7.

Quando a concentração de íons H+ é menor do

que a de íons OH-, a solução está alcalina ou

básica e o pH é maior do que 7.

Como determinar o pH?

pHmetro: O pH pode ser determinado usando um

medidor de pH (também conhecido como pHmetro)

que consiste em um elétrodo acoplado a um

potenciômetro.

Indicador:

O pH pode ser determinado indiretamente pela

adição de um indicador de pH na solução em

análise. A cor do indicador varia conforme o pH da

solução. Indicadores comuns são a fenolftaleína, o

alaranjado de metila e o azul de bromofenol. Ex: por

método de titulação.

Papel de Tornassol: Outro indicador de pH muito

usado em laboratórios é o chamado papel de

tornassol (papel de filtro impregnado com

tornassol). Este indicador apresenta uma ampla

faixa de viragem, servindo para indicar se uma

solução é nitidamente ácida (quando ele fica

vermelho) ou nitidamente básica (quando ele fica

azul).

ÁCIDO E BASE

Quando uma substância iônica ou polar

é dissolvida na água, pode mudar o

número relativo desses íons.

Quando ÁCIDO CLORÍDRICO (HCl) é

dissolvido na água é quase

completamente dissociado em íons H+

e Cl-. A solução passa a conter maior

número de íons H+ do que íons OH-.

Dizemos nesse caso que a solução está

ácida.

Quando o HIDRÓXIDO DE SÓDIO (NaOH) é

dissolvido na água forma íons Na+ e OH-. Então

essa solução passa a conter maior número de

íons OH- do que íons H+. Dizemos que a

solução está básica ou alcalina.

ÁCIDOS: é uma substância que, em solução, é

capaz de doar prótons (H+).

CH3 – COOH = CH3-COO- + H+

Em outras palavras, os ácidos são substâncias

que, quando em solução, tem capacidade de ceder

íons hidrogênio;

BASE: é uma substância que, em

solução, é capaz de receber prótons.

NH3 + H+ = NH4 +

As bases são substâncias que, quando em solução, tem capacidade de captar íons hidrogênio.

Os íons combinam-se entre si conforme a sua carga elétrica.

Os cátions são os íons com carga elétrica positiva, como o hidrogênio (H+) e o sódio (Na+).

Os ânions são os íons com carga elétrica negativa, como o hidróxido ou hidroxila (OH-) e o cloreto (Cl-).

Para ser um ácido, é necessário que a molécula da substância tenha, pelo menos, um hidrogênio ligado ionicamente.

O hidrogênio ionizado, simplesmente representa um próton.

ÁCIDOS E BASES FORTE:

Um ácido forte pode doar muitos íons hidrogênio

para a solução, porque uma grande parte das suas

moléculas se encontra no estado dissociado (estado

iônico).

Do mesmo modo, uma base forte pode captar

muitos íons hidrogênio de uma solução.

Exemplo de transformação de [H+] em pH:

Dada a concentração hidrogeniônica igual

a 0,0063M ou 6,34 x 10-3 M.

Calcular o pH.

[H+] = 6,34 x 10-3

Log [ H+]= log 6,34 x 10-3

Log [H+] = 0,8021+ (-3) = -2.1979

Log [H+] = 2.20

Portanto pH= 2,20

Qual o pH de uma solução cuja

concentração hidrogeniônica ([H+] é 10-8 ?

No organismo Os elementos importantes para a função celular

estão dissolvidos nos líquidos intra e extracelular.

Sob o ponto de vista químico, uma solução é um

líquido formado pela mistura de duas ou mais

substâncias, homogeneamente dispersas entre sí.

A mistura homogênea apresenta as mesmas

propriedades em qualquer ponto do seu interior e

não existe uma superfície de separação entre os

seus componentes.

A solução, portanto, consiste de um solvente, o

composto principal, e um ou mais solutos.

Nos líquidos do organismo a água é o solvente

universal; as demais substâncias em solução,

constituem os solutos.

Em uma solução, um soluto pode estar no

estado ionizado ou no estado não ionizado. Nos

líquidos do organismo, os solutos existem em

ambas as formas, em um tipo especial de equilíbrio químico.

Quando um soluto está ionizado, os elementos ou

radicais químicos que o compõem, estão

dissociados uns dos outros;

O soro fisiológico, por exemplo, é uma solução de

água (solvente) contendo o cloreto de sódio (soluto).

Uma parte do cloreto de sódio está no estado

dissociado ou ionizado, constituída pelos íons Cl-

(cloro) e Na+ (sódio), enquanto uma outra parte está

no estado não dissociado, como NaCl (cloreto de

sódio); ambas as partes estão em equilíbrio químico.

Quando a concentração dos íons hidrogênio se

eleva ou se reduz, alteram-se a permeabilidade das

membranas e as funções enzimáticas celulares; em

consequência, deterioram-se as funções de diversos

órgãos e sistemas.

As variações da concentração do hidrogênio podem

produzir grandes alterações na velocidade das

reações químicas celulares.

Os íons hidrogênio são partículas extremamente

móveis; as alterações da sua concentração afetam a

distribuição celular de outros íons, como

sódio, potássio e cloretos e modificam a atividade

das proteínas, em especial das enzimas.

Diversas atividades fisiológicas são afetadas pela concentração dos íons hidrogênio.

Variações do pH podem produzir alterações significativas no funcionamento do organismo, tais como:

Aumento da resistência vascular pulmonar;

Redução da resistência vascular sistêmica;

Alterações da atividade elétrica do miocárdio;

Alterações da contratilidade do miocárdio;

Alterações da atividade elétrica do sistema nervoso central;

Alterações da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio;

Modificação da resposta a certos agentes químicos, endógenos e exógenos, como por exemplo, hormônios e drogas vasoativas.

REGULAÇÃO DO pH NO ORGANISMO

Quando se adiciona ácido à água, mesmo em pequenas quantidades, o pH da solução se altera rapidamente.

O mesmo fenômeno ocorre com a adição de bases. Pequenas quantidades de ácido ou de base podem produzir grandes alterações do pH da água.

Se adicionarmos ácido ou base ao plasma sanguíneo, veremos que há necessidade de uma quantidade muito maior de um ou de outro, até que se produzam alterações do pH.

O plasma dispõe de mecanismos de defesa contra variações bruscas ou significativas do pH. O balanço entre os ácidos e as bases no organismo se caracteriza pela busca permanente do equilíbrio.

O plasma resiste às alterações do pH, por meio de

pares de substâncias, capazes de reagir tanto com

ácidos quanto com bases, chamadas sistemas

"tampão".

Os mesmos mecanismos de defesa existem nos líquidos intracelular e intersticial.

SISTEMA TAMPÃO

Nas alterações excessivas na concentração

de íon hidrogênio, o sistema tampão age

dificultando as oscilações do pH.

Mecanismos regulam o pH dos líquidos

orgânicos: no sangue, nos pulmões e no

sistema renal.

O mecanismo respiratório, de ação rápida, elimina

ou retém o dióxido de carbono do sangue, conforme

as necessidades, moderando o teor de ácido

carbônico.

O mecanismo renal é de ação mais lenta

e, fundamentalmente, promove a poupança ou a

eliminação do íon bicarbonato, conforme as

necessidades, para, à semelhança dos demais

mecanismos, assegurar a manutenção do pH dentro

dos limites normais.

Um dos sistemas tampões mais importantes é o do sangue, que permite a manutenção das trocas gasosas e das proteínas. O pH do sangue é 7,4 e é mantido por um equilíbrio ácido-básico feito pelo ácido carbônico e o íon a ele associado, o bicarbonato.

Este sistema e controlado precisamente porque uma insignificante mudança neste sistema poderia trazer graves consequências a muitos órgãos podendo até mesmo levar a morte.

O pH do sangue reflete a atividade iônica de

numerosas substâncias e é ligeiramente maior que o

pH da água. O sangue normal tem o pH que varia

entre 7,35 e 7,45. O sangue normal, portanto, é

levemente alcalino, em relação à água.

Quando o pH do sangue está abaixo de 7,35

dizemos que existe acidose; quando o pH do

sangue supera o valor de 7,45, dizemos que há

alcalose.

OS SAIS MINERAIS

Eles representam substâncias reguladoras do metabolismo celular.

São obtidos pela ingestão de água e junto com alimentos como frutos, cereais, leite, peixes, etc.

Os sais minerais têm participação nos mecanismos de osmose, estimulando, em função de suas concentrações, a entrada ou a saída de água na célula.

Os sais mais comuns na composição da matéria viva são os cloretos, os carbonatos, os fosfatos, os nitratos e os sulfatos (de sódio, de potássio, de cálcio, de magnésio e outros).

A concentração dos sais na célula determina o grau de densidade do material intracelular em relação ao meio extracelular.

Em função dessa diferença ou igualdade de concentração é que a célula vai se mostrar hipotônica, isotônica ou hipertônica em relação ao seu ambiente externo, justificando as correntes osmóticas ou de difusão através da sua membrana plasmática.

Portanto, a água e os sais minerais são altamente importantes para a manutenção do equilíbrio hidrossalino, da pressão osmótica e da homeostase na célula.