Equilíbrios ácido-base influenciam diretamente na difusão e distribuição de substâncias tóxicas no organismo. As espécies não ionizadas (NI) atravessam mais facilmente as membranas celulares, portanto a absorção e distribuição são favorecidas para as espécies NI em detrimento das espécies ionizadas (I). Considere as seguintes substâncias:
a) Calcule a razão entre as espécies NI e I para cada uma das substâncias e indique em qual órgão (estômago
ou intestino
) ocorrerá maior absorção desse produto. Justifique.
HÁ
b)Construa um diagrama Log C versus pH para a anilina e o ácido benzóico, e indique as concentrações de todas as espécies presentes no pH estomacal e intestinal. Considere concentração analítica
.
HÁ
b)Construa um diagrama Log C versus pH para a anilina e o ácido benzóico, e indique as concentrações de todas as espécies presentes no pH estomacal e intestinal. Considere concentração analítica
Passo 1
O enunciado pede duas coisas principais:
- (a) Para cada substância (anilina e ácido benzóico) calcular a razão entre as espécies não ionizada (NI) e ionizada (I) em dois pH distintos (estômago
e intestino ) e dizer em qual órgão haverá maior absorção (a espécie NI atravessa membranas mais facilmente). - (b) Construir o diagrama
versus pH para cada substância e indicar as concentrações de todas as espécies presentes no pH estomacal e intestinal, usando concentração analítica .
Informações fornecidas:
- Anilina:
. - Ácido benzóico:
. - pH do estômago
. - pH do intestino
. - Reação ácido:
.
O que vamos fornecer: cálculo de
quando necessário, fórmulas para razão NI/I e frações molares, cálculo numérico das razões e das concentrações para os dois pH, e fórmulas para desenhar o diagrama
vs pH (com valores numéricos nos pontos solicitados).
Passo 2
Conceitos e fórmulas que vamos usar (explicados de forma “mastigada”):
- Para um ácido fraco
, a constante relaciona as concentrações em equilíbrio. A razão entre as formas ionizada e não ionizada é dada pela forma da equação de Henderson–Hasselbalch:
Dessa equação isolamos a razão que queremos:
Essa razão é exatamente
para um ácido (NI =
, I =
).
- Para uma base fraca
, a constante relevante é do seu ácido conjugado . A forma análoga da Henderson–Hasselbalch é
Então a razão NI/I para uma base (NI =
sem carga, I =
carregada) é
- Para transformar
da anilina em do seu ácido conjugado usamos:
- Dada a razão NI/I, as frações molares são:
- Para ácido:
e . - Para base:
e .
- Para ácido:
- As concentrações reais são
. - Para o diagrama
vs pH, a maneira prática é calcular de ao longo de pH; as curvas cruzam em onde as duas espécies têm mesma concentração.
Passo 3
Converter constantes em
quando necessário.
- Anilina:
.
- Ácido benzóico:
.
(Comentários didáticos: o
indica o pH em que as duas formas têm concentrações iguais. Para pH menor que
formas protonadas (ácido/ base protonada) predominam; para pH maior que
as formas desprotonadas predominam.)
Passo 4
Calcular as razões
(NI = espécie não ionizada) para cada substância nos pH solicitados.
Anilina (base fraca,
, NI =
, I =
):
- Em
:
- Em
:
Ácido benzóico (ácido fraco,
, NI =
, I =
):
- Em
:
- Em
:
(Interpretação rápida: razão grande
significa predominância da forma NI; razão pequena
significa predominância da forma I.)
Passo 5
Decidir onde cada substância será mais absorvida (onde há maior fração NI).
-
Anilina: em
a razão NI/I é muito pequena ( ), ou seja praticamente toda a anilina está na forma ionizada no estômago — portanto NÃO é bem absorvida no estômago. Em a razão é grande ( ), então a forma não ionizada domina no intestino e a absorção será muito maior no intestino. Conclusão: maior absorção da anilina no intestino ( ). -
Ácido benzóico: em
a razão NI/I é grande ( ), ou seja a forma não ionizada predomina no estômago — logo boa absorção no estômago. Em a razão é muito pequena ( ), então no intestino a forma ionizada domina e a absorção será baixa. Conclusão: maior absorção do ácido benzóico no estômago ( ).
Passo 6
Calcular as frações molares e concentrações numéricas (com
). Vou mostrar as fórmulas e os números.
Fórmulas:
- Para ácido:
- Para base:
Concentrações:
.
Agora os cálculos numéricos (arredondados a 3 algarismos significativos quando pertinente).
Anilina (
):
-
Em
: -
-
Em
: -
Ácido benzóico (
):
-
Em
: -
-
Em
: -
(Verificação rápida mental: as somas dos pares dão
dentro do arredondamento.)
Passo 7
Como “construir” o diagrama
versus pH (passo a passo prático para a prova) e pontos numéricos para pH 2 e 7{,}5:
- Fórmulas úteis para o gráfico (onde
): - Ácido:
- Base:
-
Procedimento prático: varrer pH de, por exemplo, 0 a 14 em passos (0{,}5 ou 1), calcular as frações com as fórmulas anteriores, multiplicar por
e tirar log base 10 para cada espécie; plotar pH no eixo x e no eixo y. As duas curvas (espécie protonada e desprotonada) se cruzam em e, longe do , cada curva se aproxima de (quando a espécie domina) ou de (quando a espécie é praticamente zero). -
Valores numéricos para os pontos pedidos (usados no gráfico como referências): já calculados no Passo 6; para facilitar a plotagem, seguem os
desses valores aproximados: - Anilina:
-
: -
:
-
- Ácido benzóico:
-
: -
:
-
- Anilina:
(Dica rápida para a prova: desenhe linhas horizontais aproximadas em
onde a espécie dominante chega, e linhas que caem/ sobem com inclinação unitária no intervalo ao redor do
; marque
no eixo x como ponto de cruzamento.)
Resposta
Anilina (
,
):
-
: em ; em . Maior absorção no intestino ( ).
Ácido benzóico (
,
):
-
: em ; em . Maior absorção no estômago ( ).
Concentrações com
:
- Anilina em
: - Anilina em
: - Ácido benzóico em
: - Ácido benzóico em
: