pontes de hidrogênio

AULA AO VIVO
Professor Edson Cruz
A ÁGUA NOSSA DE CADA DIA.
NOSSO MAIOR BEM ,
NOSSO MAIOR PROBLEMA.
A água é o constituinte mais característico
da terra. Ingrediente essencial da vida, a
água é talvez o recurso mais precioso que
a terra fornece à humanidade.
Embora se observe pelos países mundo
afora tanta negligência e tanta falta de
visão com relação a este recurso, é de se
esperar que os seres humanos tenham
pela água grande respeito,
que procurem manter seus reservatórios
naturais e salvaguardar sua pureza.
De fato, o futuro da espécie humana e de
muitas outras espécies pode ficar
comprometido
a menos que haja uma melhora
significativa na administração dos recursos
hídricos terrestres.
(J.W.Maurits la Rivière, Ph.D. em Microbiologia, Delft University of Technology, Holanda)
70%
geleiras e icebergs
29%
aquíferos
1%
rios – lagos – solo – biota
ELEMENTOS PRINCIPAIS:
Precipitações, evaporação e transporte de vapor
Formam-se as nuvens, que são acumulações de água em forma de vapor.
A chuva ocorre quando as temperaturas na atmosfera são baixas e o vapor de água
que forma as nuvens se transforma em água líquida.
Os animais e as plantas liberam na atmosfera água em forma de vapor.
A água dos mares e oceanos
evapora devido ao calor que recebe do Sol.
A água que cai da atmosfera
desce pelos rios e lençóis subterrâneos
até chegar ao mar, onde recomeça o ciclo
da evaporação.
FORMAÇÃO DE NUVENS
PRECIPITAÇÃO
ESCOAMENTO
TRANSPIRAÇÃO
EVAPORAÇÃO
EVAPORAÇÃO
EVAPORAÇÃO
INFILTRAÇÃO PELO SOLO
EVAPORAÇÃO
PLANTAS ABSORVENDO ÁGUA
ÁGUA SUBTERRÂNEA
CAPTAÇÃO ATRAVÉS DE POÇO
chuvas
RECARGA PROFUNDA
alta
pressão
Ca++ Mg++
HCO3+
área de
afloramento
baixa
pressão
HCO3+ Na+ Cr
SO4-
descarga do
Aquífero
Permiano
Aquíferos Permianos
contaminadas com
(areninos e arginos)
águas de pior flúor e sulfatos
qualidade
(muitos sais e
íons tóxicos)
águas de boa
qualidade
(baixa salinidade)
recarga direta a
partir das chuvas
No seu caminho para o mar, a água vai ficando carregada de
partículas e matéria dissolvida, provenientes de detritos naturais e
dos despejos da sociedade humana. Quando a densidade
populacional ao redor de uma reserva de água é baixa, os resíduos
na água podem ser degradados por micróbios, em um processo
natural de autopurificação. Quando a capacidade de
autopurificação é excedida, grandes quantidades de resíduos
se acumulam nos mares, onde podem causar
danos à vida aquática.
(ENEM-2011) Belém é cercada por 39 ilhas, e suas populações convivem com
ameaças de doenças. O motivo, apontado por especialistas, é a poluição da água do rio,
principal fonte de sobrevivência dos ribeirinhos. A diarreia é frequente nas crianças e ocorre
como consequência da falta de saneamento básico, já que a população não tem acesso à água
de boa qualidade. Como não há água potável, a alternativa é consumir a do rio.
O Liberal. 8 jul. 2008. Disponível em: http://www.oliberal.com.br.
O procedimento adequado para tratar a água dos rios, a fim de atenuar os problemas de
saúde causados por microrganismos a essas populações ribeirinhas é a
a) filtração
b) cloração.
c) coagulação.
d) fluoretação.
e) decantação.
Adaptado do cartaz originalmente editado Pelo MOTE MARINE LABORATORY
SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
ÁGUA (H2O)
Nome IUPAC
Água
Ácido hidroxílico
monóxido de hidrogênio
Óxido de hidrogênio
Propriedades
Fórmula molecular
H2O ou HOH
Densidade
1000 kg·m−3, líquida (4 °C)
917 kg·m−3, sólida
Ponto de fusão
Ponto de ebulição
0 °C , 32 °F
(273,15 K)[1]
100 °C , 212 °F (373,15 K)[1]
Exceto onde denotado, os dados referem-se a materiais sob condições PTN
Referências e avisos gerais sobre esta caixa
A água possui muitas propriedades incomuns que são críticas para
a vida: é um bom solvente e possui alta tensão superficial (0,07198
N m-1 a 25 °C). A água pura tem sua maior densidade em 3,984 °C:
999,972 kg/m³ e tem valores de densidade menor ao arrefecer e ao
aquecer. Por ser uma substância estável na atmosfera,
desempenha um papel importante como absorvente da radiação
infravermelha, crucial no efeito estufa da atmosfera. A água
também possui um calor específico peculiarmente alto (75,327 J
-1
-1
mol K a 25 °C), que desempenha um grande papel na regulação
do clima global.
USO DA ÁGUA NA AGRICULTURA
Atualmente, cerca de 3600 km3 de água doce são utilizados para uso humano – o
equivalente a 580 m3 per capita por ano. (...) É na agricultura que se usa maior quantidade
de água, responsável no mundo todo por aproximadamente 69% de todo o gasto. A
utilização para fins domésticos conta com 10% e a indústria consome 21% da toda a água
retirada (...) É importante fazer uma distinção entre a água que é retirada e a água que é
realmente utilizada. Dos 3600 km3 de água retirados anualmente, aproximadamente
metade é absorvida através da evaporação e transpiração das plantas. (...)
O restante, ao contrário, retorna para os rios ou se infiltra no solo e
fica depositada nos aquíferos. Contudo, essa água é geralmente de qualidade
inferior àquela que foi inicialmente retirada. A irrigação consome bastante da
água que é utilizada (geralmente metade ou mais) em forma de evaporação,
incorporação nas lavouras e transpiração das plantações. A outra metade
retorna para o solo, para a superfície ou se perde em evaporação improdutiva.
Disponível em: http://www.planetaorganico.com.br/aguauso.htm
Marque a alternativa correta:
a) A evaporação e a transpiração citadas no texto são exemplos de fenômenos químicos.
b) A evaporação é um processo que libera calor.
c) Em uma molécula de água há átomos dos elementos oxigênio e hidrogênio e o tipo de
ligação interatômica presente é covalente.
d) A água é um solvente que pode ser utilizado para dissolver várias substâncias, inclusive
óleo de cozinha, formando, neste caso, uma mistura homogênea.
e) Água e sal de cozinha, em quaisquer proporções, formam sempre misturas homogêneas.
RESPOSTA
Como a molécula da água é representada por H2O, concluímos que a mesma apresenta dois átomos de
hidrogênio combinados a um átomo de oxigênio. Nas duas ligações O – H formadas, nenhum dos átomos
ganha o elétron do outro, logo, ocorre compartilhamento de elétrons (ligação covalente).
A água dissolve vários tipos de substâncias polares e iônicas,
como vários sais e açúcares, facilitando na interação química
entre as diferentes substâncias fora e dentro dos organismos
vivos (metabolismos complexos).
Apesar disso, algumas substâncias não se misturam bem com a
água, incluindo óleos e outras, podendo ser classificadas como
insolúveis e, em alguns casos, hidrofóbicas. As membranas
celulares, compostas por lipídios e proteínas, levam vantagem
das propriedades hidrofóbicas para controlar as interações entre
os seus conteúdos e o meio externo.
Uma característica incomum da água é a sua dilatação anômala.
Ela se contrai com a queda de temperatura, mas a partir de 4 °C
começa a se expandir, voltando a se contrair após sua
solidificação. Isso explica porque a água congela primeiro na
superfície, pois a água que atinge a temperatura de 0 °C se torna
menos densa que a água a 4 °C, consequentemente ficando na
superfície. Esse fenômeno também é importante para a
manutenção da vida nas águas frias, pois faz com que a água a 4
°C fique no fundo e mantenha mais aquecidas as criaturas que ali
vivem.
BREVES COMENTÁRIOS
• Permeia todas as porções de todas as células
• Importância em seres vivos: transporte de nutrientes e reações
metabólicas
• Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções são adaptadas
às propriedades físico-químicas da água
• Animais: Intracelular: 55-60% e Extracelular: 40-45%
• Vias de Eliminação: Pele, pulmões, rins e intestino
PROPRIEDADES COMUNS: cor, odor, sabor, estado físico
PROPRIEDADES INCOMUNS: PF (0°C), PE (100°C), CE e Calor de
vaporização – maior que os líquidos comuns. Produto de ionização;
solvente “universal”.
INTERAÇÃO ENTRE AS MOLÉCULAS
• Forças de atração entre moléculas adjacentes -  COESÃO
• Átomo de Hidrogênio compartilha um par de elétrons com o
oxigênio – Geometria próxima do tetraedro (104,5°)
• Pares de elétrons não compartilhados geram uma carga parcial (-)
• A força de atração eletrônica do Oxigênio origina uma carga parcial (+)
• Caráter DIPOLAR/ELETRICAMENTE NEUTRO
ligação de hidrogênio na água
• Atração eletrostática resultante entre o átomo de
oxigênio de uma molécula de água e o átomo de
hidrogênio de outra molécula de água
• As pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações
covalentes
pontes de hidrogênio entre
a água e a amônia
• Cada molécula de água se une mediante pontes de
Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas
• A fluidez da água se deve a meia-vida curta das
ligações:10-9seg
pontes de hidrogênio entre
a água e a amônia
OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
• Pontes de hidrogênio não são restritas à água.
Podem ser formadas entre um átomo muito
eletronegativo (O, N) e um átomo de
hidrogênio
(ENEM-2011) A pele humana, quando está bem hidratada, adquire boa
elasticidade e aspecto macio e suave. Em contrapartida, quando está ressecada, perde sua
elasticidade e se apresenta opaca e áspera. Para evitar o ressecamento da pele é
necessário, sempre que possível, utilizar hidratantes umectantes, feitos geralmente à base
de glicerina e polietilenoglicol:
Disponível em: http://www.brasilescola.com. Acesso em: 23 abr. 2010 (adaptado).
A retenção de água na superfície da pele promovida pelos hidratantes é consequência da
interação dos grupos hidroxila dos agentes umectantes com a umidade contida no
ambiente por meio de
HO
OH
OH
H2C
CH
CH2
a) ligações iônicas.
b) forças de London.
glicerina
c) ligações covalentes.
d) forças dipolo-dipolo.
e) ligações de hidrogênio.
HO
CH2
CH2
O
CH2
CH2
O
n
polietilenoglicol
CH2
CH2
OH
• A interação com solutos ocorre
porque a água é um líquido polar
• A água pode dissolver:
Sais cristalinos: interatua com íons
que unem os átomos do sal
• Compostos orgânicos polares (açúcares,
álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos) –
formação de pontes de hidrogênio com
os grupos hidroxila ou carbonila
Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos,
proteínas, ácidos nucléicos) – A água
forma micelas, interatuando com a
porção hidrofílica e repelindo a porção
hidrofóbica.
Quando colocados em água, os fosfolipídeos tendem a formar
lipossomos, estruturas formadas por uma bicamada lipídica, conforme mostrado
na figura. Quando rompida, essa estrutura tende a se reorganizar em um novo
lipossomo.
Esse arranjo característico se deve ao fato de os fosfolipídios
apresentarem uma natureza
a) polar, ou seja, serem inteiramente solúveis em água.
b) apolar, ou seja, não serem solúveis em solução aquosa.
c) anfotérica, ou seja, podem comportar-se como ácidos e bases.
d) insaturada, ou seja, possuírem duplas ligações em sua estrutura.
e) anfifílica, ou seja, possuírem uma parte hidrofílica e outra hidrofóbica.
(ENEM-2011) No processo de industrialização da mamona, além do óleo que
contém vários ácidos graxos, é obtida uma massa orgânica, conhecida como torta de
mamona. Esta massa tem potencial para ser utilizada como fertilizante para o solo e como
complemento em rações animais devido a seu elevado valor proteico. No entanto, a torta
apresenta compostos tóxicos e alergênicos diferentemente do óleo da mamona. Para que a
torta possa ser utilizada na alimentação animal, é necessário um processo de
descontaminação.
Revista Química Nova na Escola. V. 32, no 1, 2010 (adaptado).
A característica presente nas substâncias tóxicas e alergênicas, que inviabiliza sua
solubilização no óleo de mamona, é a
a) lipofilia
b) hidrofilia
c) hipocromia
d) cromatofilia
e) hiperpolarização
DEFINIÇÃO
• Ponto de fusão, Ponto de ebulição, Pressão de vapor, Pressão osmótica
• Relação com solutos
Alteração das propriedades do solvente
Solutos tendem a romper a estrutura normal da água
(pontes de hidrogênio)  menor interação
• OBSERVAÇÃO: Peixes que habitam águas com temperaturas abaixo do ponto de
congelação  concentração de solutos presentes no sangue diminui a
temperatura de fusão da água  Impede o congelamento
(ENEM-2012) Os tubos de PVC, material organoclorado sintético,
são normalmente utilizados como encanamento na construção civil. Ao final da
sua vida útil, uma das formas de descarte desses tubos pode ser a incineração.
Nesse processo libera-se HCl(g), cloreto de hidrogênio, dentre outras substâncias.
Assim, é necessário um tratamento para evitar o problema da emissão desse
poluente.
Entre as alternativas possíveis para o tratamento, é apropriado canalizar e
borbulhar os gases provenientes da incineração em
a) água dura.
b) água de cal.
c) água salobra.
d) água destilada.
e) água desmineralizada.
(ENEM/2011) A cal (óxido de cálcio, CaO), cuja suspensão em água é muito
usada como uma tinta de baixo custo, dá uma tonalidade branca aos troncos de árvores.
Essa é uma prática muito comum em praças públicas e locais privados, geralmente usada
para combater a proliferação de parasitas. Essa aplicação, também chamada de caiação,
gera um problema: elimina microrganismos benéficos para a árvore.
Disponível em: http://super.abril.com.br. Acesso em: 1 abr. 2010 (adaptado).
A destruição do microambiente, no tronco de árvores pintadas com cal, é devida ao processo de
a) difusão, pois a cal se difunde nos corpos dos seres do microambiente e os intoxica.
b) osmose, pois a cal retira água do microambiente, tornando-o inviável ao desenvolvimento de
microrganismos.
c) oxidação, pois a luz solar que incide sobre o tronco ativa fotoquimicamente a cal, que elimina os
seres vivos do microambiente.
d) aquecimento, pois a luz do Sol incide sobre o tronco e aquece a cal, que mata os seres vivos do
microambiente.
e) vaporização, pois a cal facilita a volatilização da água para a atmosfera, eliminando os seres vivos
do microambiente.
Suponha que você seja um consultor e foi contratado para assessorar a
implantação de uma matriz energética em um pequeno país com as seguintes
características: região plana, chuvosa e com ventos constantes, dispondo de poucos
recursos hídricos e sem reservatórios de combustíveis fósseis.
De acordo com as características desse país, a matriz energética de menor impacto e risco
ambientais é a baseada na energia
a) dos biocombustíveis, pois tem menos impacto ambiental e maior disponibilidade.
b) solar, pelo seu baixo custo e pelas características do país favoráveis à sua implantação.
c) nuclear, por ter menos risco ambiental a ser adequadeada a locais com menor extensão
territorial,
d) hidráulica, devido ao relevo, à extensão territorial do país e aos recursos naturais
disponíveis.
e) eólica, pelas características do país e por não gerar gases do efeito estufa nem resíduos
de operação.
• Substâncias que em solução aquosa dão a estas soluções a
propriedade de resistir a variações do seu pH quando as
mesmas são adicionadas em quantidades pequenas de
+
ácidos (H ) ou base (OH ).
• Quase todos os processos biológicos são dependentes do
pH. Plasma  7,35 – 7,48 (6,8 a 7,8) Intracelular: Função
da célula (Eritrócito: 7,2).
• O fosfato e as proteínas são os principais tampões do
fluido intracelular, em consequência da presença de grupos
dissociáveis contidos em resíduos de aminoácidos ácidos
(glutâmico e aspártico) e básicos (lisina e histidina).
• Sistema Tampão Bicarbonato
É um sistema tampão fisiológico efetivo
Principal tampão do espaço extracelular: ácido carbônico /Bicarbonato
Componentes: Ácido - CO2 e
Básico - íon bicarbonato (HCO3-)
O ácido carbônico é formado a partir de CO2 e H2O e está em equilíbrio
com o reservatório de CO2 localizado nos pulmões.
• Quando H+ é adicionado no sangue, a concentração de H2CO3 aumenta,
aumentando a concentração de CO2 no sangue, aumentando a pressão deles
nos espaços aéreos e o CO2 é expirado.
• Quando a OH- é adicionado ocorrem eventos opostos
• A finalidade do tampão é manter o pH do sangue praticamente constante.
• Os componentes do sistema-tampão do bicarbonato são produzidos
metabolicamente em grande quantidade. Portanto, o corpo não depende da
ingestão de compostos exógenos ou de sínteses complexas para a manutenção
desse sistema-tampão.
Condição
Causas possíveis
acidose
respiratória
apnéia ou capacidade pulmonar prejud icada, com acúmulo de CO2 nos
pulmões.
acidose
metabólica
ingestão de ácido, produção de cetoácidos no diabetes descompensado
ou disfunção renal.
(Em todas elas, há um acúmulo de H+ não decorrente de um excesso de
CO2.)
Condição
Causas possíveis
alca lose
respiratória
hiperventilação, produzindo diminuição do CO2 no sangue.
alcalose
metabólica
ingestão de álcali (base), vômitos prolongados (perda de HCl) ou
desidratação extrema levando a retenção de bicarbonato pelos rins.
(O aspecto comum é a perda de H+ não decorrente de uma baixa do CO2
sangüíneo)
• Abundância (70% do peso celular)
• Reações químicas (quebra e síntese)
• Propriedades
– Capacidade de solvente
– Ativação enzimática
– Meio de transporte
– Regulação térmica
“semelhante
dissolve
semelhante...”
A
em um organismo é diretamente
proporcional à sua
!
GASOSO
CONDENSAÇÃO
EVAPORAÇÃO
LÍQUIDO
SOLIDIFICAÇÃO
FUSÃO
SÓLIDO
(ENEM-2006) Com base em projeções realizadas por especialistas, prevê-se,
para o fim do século XXI, aumento de temperatura média, no planeta, entre 1,4°C e 5,8°C.
Como consequência desse aquecimento, possivelmente o clima será mais quente e mais
úmido bem como ocorrerá mais enchentes em algumas áreas e secas crônicas em outras. O
aquecimento também provocará o desaparecimento de algumas geleiras, o que acarretará
o aumento do nível dos oceanos e a inundação de certas áreas litorâneas.
As mudanças climáticas previstas para o fim do século XXI:
a) provocarão a redução das taxas de evaporação e de condensação do ciclo da água.
b) poderá interferir nos processos do ciclo da água que envolvem mudanças de estado físico.
c) promoverá o aumento da disponibilidade de alimento das espécies marinhas.
d) induzirá o aumento dos mananciais, o que solucionará os problemas de falta de água no planeta.
e) causará o aumento do volume de todos os cursos de água, o que minimizará os efeitos
da poluição aquática.
Fenômeno natural!
Desenvolvimento de grandes centros urbanos!
REAÇÕES QUÍMICAS
óxido ácido + água = ácido
CONSEQUÊNCIAS
calcário, mármore...
H2CO3 + CaCO3
Ca(HCO3)2
Carbonato de cálcio
(ENEM-2006) Chuva ácida é o termo utilizado para designar precipitações
com valores de pH inferiores a 5,6. As principais substâncias que contribuem para esse
processo são os óxidos de nitrogênio e de enxofre provenientes da queima de combustíveis
fósseis e, também, de fontes naturais. Os problemas causados pela chuva ácida
ultrapassam fronteiras políticas regionais e nacionais.
A amplitude geográfica dos efeitos da chuva ácida está relacionada principalmente com:
a) a circulação atmosférica e a quantidade de fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e
de enxofre.
b) a quantidade de fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e a rede
hidrográfica.
c) a topografia do local das fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e o nível
dos lençóis freáticos.
d) a quantidade de fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e o nível dos
lençóis freáticos.
e) a rede hidrográfica e a circulação atmosférica.
Há milhares de anos o homem faz uso da biotecnologia para a produção de
alimentos como pães, cervejas e vinhos. Na fabricação de pães, por exemplo, são usados
fungos unicelulares, chamados de leveduras, que são comercializados como fermento
biológico. Eles são usados para promover o crescimento da massa, deixando-a leve e
macia.
O crescimento da massa do pão pelo processo citado é resultante da
a) liberação de gás carbônico.
b) formação de ácido lático.
c) formação de água.
d) produção de ATP.
e) liberação de calor.
A presença da cianobactéria Microcystis em um corpo d'água é indesejável,
pois além de ser um sinal de eutrofização, ela libera substâncias tóxicas ao homem, o que
faz com que o tratamento da água seja bastante dispendioso. Por outro lado, numa
determinada pesquisa, foi verificado que a Microcystis retira metais pesados da água e,
quanto maior a eletronegatividade do metal estudado, maior foi a capacidade de absorção
deste pela cianobactéria.
Considerando os dados acima, assinale a alternativa que indica o número atômico do
metal estudado que apresentou a maior capacidade de absorção pela cianobactéria:
a) Z=29
b) Z=27
c) Z=25
d) Z=23
e) Z=21
O
constitui um
gigantesco sistema natural de
purificação da água, que a recicla, e
purifica continuamente. Contudo,
atualmente só o ciclo da água não é
suficiente para purificar a água que,
por ação do homem, está cada vez
mais poluída. E, para dar uma
ajuda, são necessárias as
.
A água destinada ao abastecimento domiciliário é
geralmente captada nos rios e sujeita a rigoroso
tratamento físico e químico, para eliminar as bactérias e
microorganismos prejudiciais à saúde. Só depois de
analisada e garantida a sua qualidade é distribuída às
populações. A água depois de captada é transportada por
adutores (tubos de diâmetro que pode chegar a 2 m) para
as Estações de Tratamento de Água (ETA), onde começa
um longo e sofisticado processo de tratamento.
Depois de realizadas análises que atestem a qualidade da
água para consumo, é encaminhada para para outros
adutores que a conduzem para as estações elevatórias e
reservatórios. Os reservatórios estão ligados a um
conjunto de condutas (canos de menor dimensão), que
constituem a rede de distribuição e conduzem a água até
às torneira das nossas casas.