Práticas Laboratorias em Biologia Vegetal

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AULA 4 – EFEITO DO POTENCIAL MÁTRICO

Introdução

O potencial matricial é relacionado com as forças mátricas de superfície, ou a redução da energia livre da água ao interagir com superfícies coloidais como as proteínas, componentes de parede celular, amido e argilas. Ao interagir com uma superfície coloidal hidrofílica, grupos hidrofílicos (eletricamente carregados ou não) se ligam, por pontes de hidrogênio, com as moléculas de água, aprisionando-as. Esse aprisionamento da água ao colóide reduz a energia cinética das moléculas da água, geralmente associado com uma mudança estrutural da macromolécula que tende a ficar mais estável no seu estado hidratado. O resultado dessas alterações é a diminuição da entalpia e a liberação de energia na forma de calor, ou ainda, a diminuição da energia livre da água. Essa prática está totalmente integrada com os conceitos de transferência de energia e redução da energia livre da água durante o processo de adsorção da água ao amido. Ela tem por objetivo reforçar os conceitos de potencial mátrico e promover a discussão sobre os mecanismos de transferência de energia livre.


Objetivos específicos desta prática

Reforçar o conceito energia livre;

Verificar que a temperatura final da mistura (amido seco + água) foi superior à mistura amido umedecido com o ambiente + água.

Reforçar conceitos de variação de entalpia;

Reforçar conceitos de redução de energia livre da água.


Procedimentos e resultados esperados

Vamos inicialmente medir a temperatura de dois tipos de amido de milho (i) em equilíbrio com o ar ambiente e (ii) seco em estufa a 60ºC por cerca de 24h, e armazenado em frasco fechado (tipo Duran) para não reidratar. Uma pequena porção dos dois tipos de amido devem ser colocadas em tubos de ensaio previamente identificados. Observação importante: quando for medir a temperatura do amido, evitar colocar a mão sobre a porção que tem o amido, pois a temperatura do seu corpo pode influenciar a temperatura real do amido.

fig_1

Figura 1: Medição da temperatura inicial do amido de milho seco em estufa (a esquerda) e em equilíbrio com o ar ambiente (a direita)


Em seguida, vamos calibrar cerca de 50 mL de água destilada com a mesma temperatura medida em cada tubo de ensaio. Se necessário, ajuste a temperatura da água, adicionando mais água quente ou fria. Com a água ajustada para a mesma temperatura do amido, deve-se inserir, então, 3 mL de água em cada tubo de ensaio contendo o amido; agitar levemente e medir a temperatura novamente, anotando os valores numa planilha (Figura 2).

fig_2

Figura 2: Adição de 3 mL de água na mesma temperatura do amido ao tubo com amido.  Em seguida, fazer uma leve homogeneização e aferir a temperatura, utilizando um termômetro de mercúrio


Aguardar cerca de 5 a 10 minutos para que a temperatura do tubo de ensaio se equilibre com o ambiente e, então, adicionar mais 3 mL de água em cada um dos tubos de ensaio (Figura 3).

fig_3

Figura 3: Medição da temperatura do amido, após a segunda adição de 3 mL de água ao conjunto

 


A hidratação do amido é exotérmica, ou seja, libera calor, o que pode ser facilmente medido pelo aumento da temperatura do sistema. Espera-se que esses resultados sejam replicados nessa prática. Ainda, com o uso de duas formas de amido (em equilíbrio com o ar ambiente e seco em estufa) possam promover liberações distintas de energia e variações diferentes na temperatura dos tubos, ao final da prática, os estudantes passariam a entender melhor sobre o conceito de energia livre e que a redução dessa energia é acoplada a diminuição da entalpia do sistema (o que promove o aumento da temperatura).


Suplemento

Exemplo de cálculo da liberação de energia:

equacao_1

Considere que a montagem inicial esteja a 25ºC e após adição de 3 mL de água, a temperatura foi a 29ºC.

  • Variação de temperatura: 29 – 25 = 4ºC
  • Volume de água adicionado: 3 mL (considere densidade = 1 g mL-1)
  • Poder calorimétrico da água: 1 cal g-1 ºC-1, ou 4,18 J g-1 ºC-1
  • Desconsidere o poder calorimétrico do vidro do tudo e da própria massa de amido.

          Energia liberada: 4ºC x 3 g x 4,18 Jg-1 ºC-1 = 50,16 J


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