Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra Ano Lectivo 2011/2012. Unidade Curricular de BIOQUÍMICA I Mestrado Integrado em MEDICINA 1º Ano

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1 Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra Ano Lectivo 2011/2012 Unidade Curricular de BIOQUÍMICA I Mestrado Integrado em MEDICINA 1º Ano ENSINO PRÁTICO E TEORICO-PRÁTICO 2ª AULA TEORICO-PRÁTICA 1. Formas para exprimir concentrações 2. Resolução de problemas 1

2 Soluções, dispersões coloidais e suspensões As soluções e as dispersões coloidais desempenham um papel fundamental, tanto nos seres vivos como não vivos. Podemos citar como exemplos, as proteínas do plasma como uma dispersão coloidal e os sucos digestivos como uma solução. É fundamental a distinção entre solução e dispersão coloidal. Uma solução é uma mistura homogénea de dois ou mais componentes, em que as partículas se encontram disseminadas no solvente. As substâncias dissolvidas no solvente designam-se por solutos. Uma solução é sempre homogénea e não é possível separar o soluto do solvente por filtração. As soluções distinguem-se das dispersões coloidais, essencialmente pelo tamanho das partículas dispersas. Quando as partículas dispersas são formadas por agregados de pequenas moléculas ou por macromoléculas, cujas dimensões estejam compreendidas entre 10 e 1000 Å (10-8 cm) temos uma dispersão coloidal. As partículas coloidais não se podem observar directamente, mas são suficientemente grandes para dispersarem a luz (efeito de Tyndall). Nas suspensões (ex.: células sanguíneas no plasma), as partículas são visíveis a olho nu, a mistura é heterogénea e as partículas podem ser separadas da água deixando a suspensão em repouso ou por filtração (dimensões superiores a 1000 Å). Assim, é possível separar as partículas sanguíneas que se encontram em suspensão no plasma por sedimentação (é o fundamento da determinação da velocidade de sedimentação globular-vs) ou por centrigugação (base da determinação do hematócrito, ie do volume ocupado pelos glóbulos sanguíneos) As partículas coloidais são retidas apenas por ultrafiltração e só se depositam por ultracentrifugação. As suspensões coloidais, embora estáveis, têm a possibilidade de coagular ou flocular (agregação de partículas coloidais). As dispersões coloidais são estabilizadas por um movimento constante das partículas coloidais (movimento Browniano), pela sua carga de superfície e, entre outros efeitos, pela solvatação. As partículas coloidais carregadas são designadas por micelas. O óleo em água forma uma dispersão instável, sendo fraca a interacção entre as moléculas de água (polares, ligadas entre si por ligações de hidrogénio) e as de óleo (apolares, ligadas entre si por ligações de van der Walls e interacções hidrofóbicas). A adição de um sabão diminui a tensão superficial, enfraquecendo as ligações entre as moléculas de água, que se distribuem em torno das moléculas apolares, aumentando a superfície de hidratação das mesmas, formando-se uma emulsão estável. Os sais biliares, derivados do colesterol, são exemplo de detergentes biológicos, uma vez que actuam à superfície dos glóbulos de gordura 2

3 alimentar, mantendo estável a sua emulsão no meio aquoso intestinal, através da formação de micelas, ie de partículas de dimensões coloidais de carga negativa, que se repelem entre si por forças electrostáticas. A dissolução duma substância noutra resulta do contacto entre as duas substâncias e de interacções mútuas. Assim, é necessário que a macro-estrutura formada pelas moléculas do soluto seja destruída e este se dissemine no solvente. A solubilidade de diversas substâncias é influenciada por vários factores, tais como a estrutura molecular do soluto e do solvente, a temperatura e a pressão. A água é um composto singular, cujas características se devem à estrutura das suas moléculas fortemente polares, que tendem a estabelecer ligações de hidrogénio entre si. A grande polaridade das moléculas de água explica a tensão superficial, quando estas se encontram no estado líquido. Numa solução, designa-se por solvente o constituinte que se encontra no mesmo estado físico da solução (ex: ureia na urina). Quando os constituintes estão no mesmo estado físico, o solvente é o que está representado em maior quantidade (ex: álcool a 80º). Se no mesmo estado físico e na mesma quantidade, o solvente é, por definição o componente mais volátil (ex: álcool a 50%- o etanol é o solvente). A tensão superficial deve-se à compactação das moléculas na superfície de contacto água - ar. As moléculas de água que se encontram à superfície sofrem, por parte das moléculas vizinhas, forças de atracção cuja resultante é uma força, F, dirigida perpendicularmente à superfície e para o interior da massa líquida. É esta força F que origina a compactação das moléculas à superfície, formando-se uma película elástica invisível. A água como solvente Uma substância dissolve-se num solvente quando a interacção entre as partículas dessa substância é semelhante às interacções entre as partículas de solvente. A estrutura e a polaridade da água determinam que esta seja um meio dissolvente capaz de reduzir forças de atracção entre partículas de cargas opostas e também de reduzir forças de repulsão entre partículas de cargas iguais. A água, fortemente polar, tem uma constante dieléctrica muito elevada, constituindo um meio capaz de reduzir fortemente a força entre as partículas carregadas. Assim, compreende-se que as substâncias com estrutura iónica se dissolvam bem na água. Por outro lado, as moléculas de água rodeiam os iões, estabelecendo-se interacções ião-dipolo que, embora mais fracas do que as 3

4 interacções ião + -ião -, levam a uma libertação de energia considerável. O fenómeno de envolvimento do ião por moléculas de água designa-se por solvatação. Este fenómeno verifica-se, não só com as substâncias com estrutura iónica, como também com todas as substâncias polares. Quanto maior a constante dieléctrica, menor será a força de atracção entre partículas. A constante dieléctrica de um meio é dada pela relação: constante dieléctrica = f (electrostática) entre duas cargas no vazio f (electrostática) entre as mesmas cargas no meio considerado Solubilidade A solubilidade é representada pelo valor da concentração máxima de soluto no solvente, a uma determinada temperatura e pressão. Quando temos uma solução, é conveniente definir a quantidade de soluto presente na solução, ou seja, a concentração. Podemos exprimir a concentração de forma qualitativa ou quantitativa: Solução saturada 1. Qualitativamente Solução sobressaturada Solução insaturada diluída concentrada 4

5 2. Quantitativamente: a) Peso de soluto por peso de solução w/w (% w) b) Peso de soluto por volume de solução w/ v (% v) c) Fracção molar d) Molaridade e) Molalidade f) Normalidade Classificação qualitativa das soluções 1.a) Solução saturada - a solução tem uma concentração máxima de soluto (há soluto sólido em equilíbrio com o soluto dissolvido) A saturação de uma solução depende de: 1 soluto 2 solvente 3 temperatura O número de moléculas de soluto que se dissolvem num dado intervalo de tempo é igual ao número de moléculas que regressem ao estado sólido no mesmo intervalo de tempo. Há um equilíbrio dinâmico entre soluto e solvente, na solução, existindo soluto no estado sólido. 1.b) Solução sobressaturada - tem uma concentração de soluto superior à da solução saturada. A adição de soluto leva a um aumento de volume da solução. 1.c) Solução insaturada ou não-saturada - contém uma quantidade de soluto dissolvido inferior à solubilidade. 5

6 Expressão quantitativa das soluções Quantitativamente, pode determinar-se a quantidade de soluto, relativamente à quantidade de solvente, que se exprime de várias formas: I) Percentagem em peso - w/w (% w)- nº de gramas de soluto/100 g de solução II) Percentagem em volume - w/v (% v) - nº de gramas de soluto/100 ml de solução III) Fracção molar - (x) - relação entre o número de moles de soluto e o número total de moles. Solução constituída por substâncias A e B: x A = n A n A + n B x B = n B n B + n A x A + x B = 1 IV) Molaridade - (M) - nº de moles de soluto/ litro de solução V) Molalidade - (m) - nº de moles de soluto/1000 g de solvente VI) Normalidade - (N) - número de equivalentes - grama de um soluto existentes num litro de solução (Eq/ l) Equivalente-grama é a quantidade de soluto em gramas correspondente a um átomo-grama de hidrogénio, isto é: a quantidade de soluto capaz de libertar, absorver ou substituir um átomo de hidrogénio. 6

7 Eq-g H 2 SO 4 = P. M. 2 x P A (H) Eq-g NaOH = P. M. 1 x P A (H) Eq-g CaCl 2 = P. M. 2 x P A (H) VII) Partes por milhão - (ppm) - nº de mg de soluto/ litro de solução 1/ L = 1 dm 3 = 1 Kg H2O VIII) Osmolaridade número de osmoles de soluto contidos em 1 litro de solução. IX) Osmolalidade - número de osmoles de soluto contido em 1 kg de solvente. Num electrólito haverá tantas osmoles como partículas em que se dissocia a molécula. OSMOLE: número de partículas presentes em uma molécula-grama de soluto não dissociado. Exº Glicose: 1 osmole NaCl: 2 osmoles Nota: como uma % substancial do organismo humano é constituída por água e as soluções aquosas suas constituintes são muito diluídas, o valor das concentrações expressas em relação ao peso e ao volume é praticamente sobreponível, já que um litro de água pesa um Kg (densidade da água:1). 7

8 PROBLEMAS 1. Suponha que tinha de preparar 1 litro de soro, a partir de 50 ml de NaHCO 3 8,4% e de soro fisiológico isotónico (0,9% NaCl). a) Calcule a concentração total de sódio (meq/ l) deste soro. (P A : Na- 22,99; H- 1,01; C- 12,01; O- 16,00; Cl- 35,45) b) Partindo do soro anterior e de glucose a 30%, como poderia obter 1 litro de soro com uma concentração de glucose 10%? 2. Como prepararia 15 ml de uma solução H 2 SO 4 0,2 M a partir de H 2 SO 4 6 M? (P A (H) = 1,01; P A (O) = 16,00; P A (S) = 32,01) 3. O soro fisiológico isotónico é uma solução estéril de NaCl a 0,9%. Calcule a concentração de sódio do referido soro, expressa em molaridade e em normalidade. (P A (Na) = 22,99; P A (Cl) = 35,45) 4. a) Como prepararia 500 ml de uma solução de NaCl 0,01 M? (P A (Na) = 22,99; P A (Cl) = 35,45). b) Como prepararia 0,5 l de uma solução de NaCl 0,006 M, a partir da solução feita na alínea anterior? c) Calcule a concentração molar de HCl do chamado ácido clorídrico concentrado, que é uma solução aquosa de HCl a 37% (w/ w). A respectiva densidade é 1,19 g/ ml; P A (H) = 1,01; P A (Cl) = 35,45. 8

9 5. a) Calcule a molaridade de uma solução de nitrato de cálcio, preparada por dissolução de 20 g de Ca(NO 3 ) 2.10 H 2 O em água, no volume total de 50 ml. b) Qual a molaridadede Ca 2+ e NO 3 -, na solução referida na alínea anterior? (P A (Ca) = 40,1; P A (N) = 14,01; P A (O) = 16,00; P A (C) = 12,01) 6. A um frasco de 500 ml de soro fisiológico isotónico (NaCl 0,9%) adicionaram-se duas ampolas de 10 ml de glicose a 30% e um frasco de 40 ml de NaHCO 3 a 8,4 %. (P A : Na-22,99; H-1,01; C-12,01; O-16,00; Cl-35,45) a) Determine as concentrações de sódio (em normalidade) e de glicose (em molaridade) da mistura final. b) Se prescrevesse o referido soro a um doente de 40 Kg ao rítmo de 100 ml/hora, qual a quantidade de glicose em g/kg que teria administrado em 24 horas? 9