DISCIPLINA: Fundamentos básicos em ciências da saúde PROFESSOR(A): Celene Cavalcanti de Carvalho MATÉRIA E ENERGIA

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1 CURSO: Enfermagem PERÍODO: P1 DISCIPLINA: Fundamentos básicos em ciências da saúde PROFESSOR(A): Celene Cavalcanti de Carvalho MATÉRIA E ENERGIA 1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA O que é Química e para que serve? A Química é uma ciência natural que estuda as propriedades e a composição da matéria, e o modo como as substâncias interagem umas com as outras nas reações químicas. Vejamos alguns benefícios que a Química pode nos oferecer: Os tecidos das roupas que usamos no dia-a-dia são, geralmente, materiais obtidos graças ao desenvolvimento da Química; As fibras artificiais (o náilon, o tergal, etc), as borrachas sintéticas, os plásticos, fazem parte de um grupo de materiais chamados polímeros; Os polímeros têm tido inúmeras aplicações: sacos plásticos, toalhas, garrafas, canos plásticos, revestimentos elétricos, brinquedos, discos, estofamentos, revestimentos de panela; A Bioquímica tem permitido não apenas conhecer certos mecanismos de funcionamento do organismo, como influir neles, possibilitando o desenvolvimento da Biologia Molecular e da Farmacologia, fundamentais ao progresso da Medicina. E na área de Engenharia de Alimentos, por exemplo, será que a Química exerce algum papel importante? Sim. É de fundamental importância! Por exemplo: A indústria de alimentos utiliza os chamados aditivos (são substâncias capazes de conferir as seguintes características aos alimentos): Antioxidantes (inibe o processo de oxidação); Conservantes (aumenta a durabilidade); Estabilizantes (ajuda a manter as emulsões e suspensões); Adoçantes (transmite sabor doce aos produtos), etc. Como se pode constatar, a Química tem proporcionado inúmeros benefícios para a humanidade. Por outro lado, não podemos nos esquecer de que muitos processos químicos são responsáveis pela degradação do ambiente em que vivemos. OS RAMOS DA QUÍMICA Química é mais do que tubos de ensaio e bécqueres. Modernas tecnologias transformaram consideravelmente a química nos últimos 50 anos e novas áreas de pesquisa têm surgido. O campo da química organizou-se, tradicionalmente, em três ramos principais: Química orgânica o estudo dos compostos do carbono, 1

2 Química inorgânica o estudo dos demais elementos e seus compostos, e Físico química o estudo dos princípios da química. Novas áreas de estudo foram se desenvolvendo à medida que mais informação foi sendo adquirida em áreas especializadas ou como resultado do uso de técnicas especiais. É da natureza de uma ciência que se desenvolve vigorosamente que as distinções entre suas áreas não sejam nítidas, mas, apesar disso, trataremos a respeito de: Bioquímica o estudo de compostos químicos, reações e outros processos de sistemas vivos, Química analítica o estudo de técnicas de identificação de substâncias e medida de suas quantidades, Química teórica o estudo da estrutura molecular e suas propriedades em função de modelos matemáticos, Engenharia química o estudo e o projeto de processos químicos industriais, incluindo a construção de plantas industriais e sua operação, Química medicinal a aplicação de princípios químicos no desenvolvimento de fármacos, e Química biológica a aplicação de princípios químicos em estruturas e processos biológicos. 2. MATÉRIA E ENERGIA 2.1 MATÉRIA Sempre que tocamos, despejamos ou pesamos alguma coisa, estamos trabalhando com a matéria. As propriedades da matéria são objeto de toda a química, particularmente a conversão de uma forma da matéria em outra. Mas, o que é matéria? Matéria qualquer coisa que tem existência física real e, portanto, ocupa espaço. O material do qual as substâncias são feitas. PROPRIEDADES DA MATÉRIA As substâncias são reconhecidas pelas suas características ou propriedades. Propriedades extensivas que dependem do tamanho da amostra. Ex.: massa, volume, energia, etc. Propriedades intensivas que independem do tamanho. São as mais úteis uma vez que uma substância exibirá sempre a mesma propriedade intensiva independentemente da quantidade sendo examinada. Ex.: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, etc. Propriedades físicas são aquelas que não mudam a identidade de uma substância. Ex.: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, cor, dureza, estado físico, etc. Propriedades químicas são aquelas que mudam a identidade de uma substância. Ex.: ferrugem, a queima da madeira (combustão). ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA A matéria se apresenta em três estados físicos: Sólido no estado sólido, o corpo tem forma e volume definidos. Os corpos são formados pela reunião de moléculas, e entre as moléculas desenvolvem-se duas 2

3 forças: coesão (força que tende a aproximar as moléculas entre si) e repulsão (força que tende a afastá-las umas das outras). No estado sólido, a força de coesão é muito forte. Por isso, o movimento das moléculas é pequeno e elas apenas vibram. Líquido no estado líquido, a matéria tem forma variável e volume definido. As moléculas têm menos força de coesão do que nos sólidos. Por isso, elas se deslocam mais. Gasoso no estado gasoso, a matéria tem forma e volumes variáveis. As moléculas se movem livremente e com grande velocidade. A força de coesão é mínima e a de repulsão é enorme. O termo vapor é usado para indicar que uma substância, que normalmente é sólida ou líquida, está na forma de gás. CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA A matéria pode compreender uma: Substância pura possui composição uniforme, definida e característica, logo, apresenta propriedades também definidas. Ex.: a água (H 2 O), o ferro (Fe), o oxigênio (O 2 ), etc. A substância pura pode ser classificada em: Substância simples substância fundamental e elementar, ou seja, não pode ser separada ou decomposta em substâncias mais simples. Ex.: o carbono (C), o oxigênio (O 2 ), etc. Substância composta constituída de átomos de dois ou mais elementos combinados segundo uma relação (razão) definida. Ex.: sal de cozinha (NaCl), água (H 2 O), glicose (C 6 H 12 O 6 ), sacarose (C 12 H 22 O 11 ), etc. As substâncias compostas podem ser decompostas em substâncias mais simples. Ex.: a água quando submetida a uma eletrólise (uso de eletricidade para promover reações químicas) se decompõe em duas substâncias simples conforme a equação: 2H 2 O (l) 2H 2(g) + O 2(g). Mistura consiste de duas ou mais substâncias fisicamente misturadas. Ex.: a água salgada (sal + água), vidro comum (quartzo + carbonatos de cálcio e sódio). A mistura pode ser classificada em: Mistura homogênea é chamada de solução e possui propriedades uniformes em seu todo. Consiste de uma única fase. Ex.: água + sal de cozinha, água + etanol, o ar, etc. Mistura heterogênea não é uniforme. Pode-se identificar a presença de duas ou mais fases, dada a existência de uma fronteira entre elas. Ex.: água + óleo. O número de componentes é o número de substâncias que participam da mistura. Ex.: água e álcool (2 componentes e 1 fase); água e areia (2 componentes e 2 fases); óleo + água + gelo (3 fases: água líquida, gelo e óleo). TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA OS FENÔMENOS Fenômenos físicos não alteram a microestrutura (ou identidade) das substâncias. Ex.: as mudanças de estado (a vaporização da água). Fenômenos químicos provocam modificação na microestrutura e propriedades químicas das substâncias resultantes da formação de novas ligações entre os átomos. Ex.: ferrugem, a queima da madeira (combustão). 3

4 SISTEMAS DE MEDIDAS, CONVERSÕES E CÁLCULOS Inicialmente, para realizar os cálculos das conversões precisamos conhecer os equivalentes do sistema de medida. Pode-se listar a correspondência entre os diferentes sistemas de medida: 1 ml = 20 gotas (gts) = 60 microgotas (mgts) 1 gota = 3 microgotas (mgts) 1 g = 1000 mg 1 L = 1000mL colher de sopa = 15 ml colher de sobremesa = 10 ml colher de chá = 5 ml colher de café = 3 ml Cálculo para administração de medicamentos O cálculo para administração de medicamentos deve ser feito com muito cuidado e atenção, pois a dose deve ser precisa. Alguns medicamentos precisam ser dissolvidos em água destilada de solução fisiológica 0,9%, transformando-os em solução. Uma solução pode apresentar diferentes concentrações e ser definida como isotônica, hipotônica e hipertônica, de acordo com a quantidade de soluto presente na diluição. Fracionamento de doses Quando a apresentação dos fármacos é maior ou menor que a dose prescrita pelo médico, deve-se utilizar uma regra de três simples. Em uma coluna estipulamos o volume total do frasco e, logo abaixo, o volume que deverá ser administrado (incógnita). Na outra coluna, determinamos a quantidade de miligramas, gramas ou UI que o frasco possui e, abaixo desse valor, a quantidade de mg, g ou UI que o médico deseja. Procede-se então à multiplicação cruzada (multiplica-se um extremo diagonal pelo outro). Exemplo 1: Quanto se deve aspirar da droga prescrita, se o frasco de 1 ml possui 2 mg e o médico indicou o uso de 1,5 mg? 1 ml 2 mg x ml 1,5 mg 2.x = 1.1,5 x = 1,5 x = 0,75 ml 2 Exemplo 2: Um médico prescreveu 2,5 ml de certo xarope para um paciente pediátrico. O enfermeiro do setor deve então converter essa medida para o sistema caseiro, a fim de facilitar a administração do medicamento pela mãe. Desta forma: 5 ml 1 colher de chá 2,5 ml x colheres de chá 1.2,5 = 5.x x = 2,5 x = 0, 5 colher de chá. 5 Ou seja, deve ser administrado meia colher de chá do medicamento prescrito. 4

5 Exemplo 3: Um médico prescreveu 0,5 g de Cloranfenicol via oral, porém, o frasco do medicamento está sob a forma de miligramas por comprimido apresenta 250 mg. Sendo assim: 1 g 1000 mg 0,5 g x mg ,5 = 1.x x = 500 x = 500 mg. 1 1 comprimido 250 mg x comprimidos 500 mg 250.x = x = 500 x = 2 comprimidos. 250 Exemplo 4: Foram prescritos 100 mg VO de Fosfato sódico de prednisolona suspensão de 6/6 h. Quantos mililitros devem ser administrados? Para encontrar a dose a ser administrada devem-se observar todas as informações disponibilizadas pela embalagem ou rótulo do medicamento. Verificar a quantidade de soluto e a quantidade de solvente. No caso do medicamento descrito temos: 15 mg 5 ml 100 mg x ml 15x = x = x = 500 x = 33,3 ml A quantidade a ser administrada da suspensão de Fosfato sódico de prednisolona será 33 ml. Como o frasco da solução vem acompanhado de uma colher graduada em ml, fica fácil medir a quantidade encontrada. Exemplo 5: O médico prescreveu 25 mg de Nimesulida de 12 em 12 horas, para uma criança. A primeira sugestão para solucionar o problema é na mudança da forma do medicamento. Já que seria administrado a uma criança, seria bom que fosse por meio de uma solução. Sugestão: diluir em 10 ml de água destilada. De acordo com as informações da embalagem tem-se 100 mg do composto em cada comprimido. 100 mg 10 ml 25 mg x ml 100x = x = x = 250 x = 2,5 ml Então uma dose de 2,5 ml da diluição preparada com o medicamento proposto. 5

6 Cálculos com diferentes porcentagens Estes problemas consistem em cálculos de porcentagens que expressam a quantidade de soluto por solvente de uma solução. Exemplo 1: Quantos gramas de glicose tem na solução de Soro Glicosado 5%, em frascos de 1000 mililitros? 5 g 100 ml x g 1000 ml 100.x = x = x = 5000 x = 50 g Portanto, em 1 frasco de Soro Glicosado de 1000 mililitros contém 50 gramas de glicose. Exemplo 2: O hospital tem disponível ampolas de Vitamina C a 10%, com 5 mililitros. Quantos miligramas de Vitamina C têm na ampola? 10 g 100 ml x g 5 ml 100.x = 10.5 x =10.5 x = 50 x = 0,5 g O problema pede a quantidade em miligramas e que a resposta encontrada se encontrava em gramas. Fazendo a transformação multiplicando o resultado por 1000, pois 1 grama equivale a 1000 miligramas. O resultado obtido foi então 500 mg de Vitamina C. Concentração Para preparar nova concentração de uma solução é necessário ter disponíveis duas concentrações distintas de mesma solução, uma acima e outra abaixo da concentração que se deseja atingir. Dessa maneira, utiliza-se a fórmula: Em que: C = concentração desejada V = volume desejado C 1 = menor concentração disponível C 2 = maior concentração disponível V = V 1 + V 2 V 1 = V V 2 V 2 = V V 1 C.V = C 1.V 1 + C 2.V 2 Exemplo: Devemos administrar 500 ml de glicose a 15 %. Na unidade, encontra-se disponível glicose a 50 % e a 5 %. Qual o volume deverá ser utilizado de cada tipo de glicose para atingir a concentração desejada? C = 15 % V = 500 ml C 1 = 5 % V 1 =? C 2 = 50 % V 2 =? 6

7 C.V = C 1.V 1 + C 2.V = 5.V V = 5.V V 2 Como V 2 = V V 1, então: 7500 = 5.V (500 V 1 ) 7500 = 5.V V 1 45.V 1 = V 1 = = 388,8 V 1 = 388,8 ml 45 V 2 = V V 1 V 2 = ,8 V 2 = 111,2 ml Logo, para administrar 500 ml de glicose a 15 %, tendo-se disponível somente glicose a 5 % e 50 %, deve-se misturar 388,8 ml de glicose a 5 % com 111,2 ml a 50 %. Transformação do Soro Exemplo: Foram prescritos 1000 ml de soro glicosado a 10 %. Na clínica dispomos somente de 1000 ml de Soro Glicosado a 5% e ampolas de Glicose de 20 ml a 50 %. Como se deve proceder para resolver este problema? A melhor forma de resolver este problema e ver o material disponível é: 5 g 100 ml (soro na unidade) x g 1000 ml 100.x = x = 5000 x = 50 g Soro prescrito g 100 ml x g 1000 ml 100.x = x = x = 100 g 100 Portanto, já temos 50 g de glicose, teremos que acrescentar mais 50 g. Como vimos no cálculo anterior, teremos que utilizar as ampolas de glicose a 50 % e também já sabemos que 1 ampola de glicose a 50 % (20 ml) tem 10 g de glicose. 50 g 100 ml (cada ampola) x g 20 ml 100.x = x = 1000 x = 10 g de glicose ml 10 g x ml 50 g 10.x = x = 1000 x = 100 ml (5 ampolas) ml de solução de glicose a 50 % (5 ampolas) não cabem no frasco de soro glicosado 5 %. Então teríamos que desprezar 100 mililitros de soro glicosado a 5 %. Se desprezarmos 100 ml estaremos jogando junto 5 g de açúcar (5 g 100 ml) e teremos que repor os 5 g (corresponde a meia ampola de glicose a 50 %). Portanto, desprezaríamos 100 ml do soro glicosado e acrescentaríamos 5 ampolas e meia de glicose a 50 % (110 ml) e estaria pronto para uso a Solução Glicosada a 10 % ml. 7

8 2.2 ENERGIA Algumas reações químicas liberam muita energia e outras absorvem muita energia. Mas o que é energia? Energia é a capacidade de realizar trabalho. A energia é uma propriedade extensiva. Exs.: energia térmica (calor, dilatar um corpo), energia elétrica (eletricidade, movimentar um motor elétrico), energia química (explosão). Cada batimento do coração humano usa em torno de 1 J de energia. Existem três contribuições para a energia: a energia cinética, a energia potencial e a energia eletromagnética. Energia cinética (E c ) é a energia que um corpo possui em consequência de seu movimento. Matematicamente, tem-se: E c = ½ m v 2 onde m é a massa (kg), v é a velocidade (m/s) do corpo (ou sistema) e E c é a energia cinética em Joule (J). Energia potencial (E p ) de um objeto é sua energia em função de sua posição em um campo de força. Não existe uma fórmula única para a energia potencial de um objeto, por que ela depende da natureza das forças que agem sobre ele. Dois casos simples, entretanto, são importantes em química: a energia potencial gravitacional e a energia potencial de Coulomb. Considerando a gravitacional: E p = mgh onde m é a massa (kg), g é a aceleração da gravidade (9,8 m/s 2 ) e h é a altura acima da superfície (m). Conversão de Joule (J) para caloria (cal): 1 cal = 4,18 J. Exercícios: 1) Qual é a energia (em caloria) necessária para acelerar uma pessoa em uma bicicleta cuja massa total é 75 kg até 8,9 m/s, partindo do repouso e desprezando o atrito e a resistência do ar. 2) Uma pessoa com massa 65 kg sobe um lance de escadaria entre dois andares de um prédio que estão separados por 3,0 m. Qual é a energia potencial (em caloria) da pessoa? A energia total, E, de uma partícula é a soma de suas energias cinética e potencial. E = E c + E p. Lei da Conservação da Energia A energia do universo é constante. A energia não se cria nem se destrói, podese, apenas, transformá-la de um tipo em outro. REFERÊNCIAS ATKINS, P.W. e JONES, L. Princípios de química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, Bookman, Porto Alegre, BRADY, J. E. e HUMISTON, G. E. Química Geral LTC, vol. 1, 2 a edição, Rio de Janeiro,

9 ROCHA, V. e OLIVEIRA D. P. Razão, proporção e porcentagem: aplicações na farmacologia Humanitates, Volume I, Número 1, ISSN X, Brasília / DF, SILVA, R. C. L (org.) Enfermagem: teoria e dicas 3ª edição, Rio de Janeiro, Águia Dourada,