Questão 1 (2º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2019

Question

A fermentação de alimentos ricos em açúcares é um processo prejudicial à saúde bucal, pois promove um ataque químico ao esmalte dos dentes. A parte inorgânica dos dentes é formada por uma substância chamada hidroxiapatita, que, em um ambiente bucal saudável, apresenta baixa solubilidade. Essa solubilidade pode ser equacionada da seguinte forma:

\ce{Ca5(PO4)3OH(s) + aq = 5Ca^{2+}(aq) + 3PO4^{3-}(aq) + OH-(aq)};\quad \text{K}_{\text{ps}} = 1{,}8 \times 10^{-58}.

Gráfico de pH em função do tempo decorrido após a ingestão de alimento (em minutos) de 0 a 40 no eixo horizontal, e pH de 3 a 7 no eixo vertical, mostrando três curvas: X (linha contínua), Y (linha tracejada) e Z (linha pontilhada).

a) Algumas características da saliva se alteram na presença de alimentos. Considerando que o prejuízo aos dentes causado pela ingestão de diferentes fontes de açúcar obedece à ordem cana > frutas > mel, preencha com as palavras cana, frutas e mel a tabela do espaço de respostas e explique em que se baseou a sua escolha.

b) O uso de água fluoretada e de produtos com flúor é recomendado para a saúde bucal. Explique a vantagem do uso do fluoreto levando em conta a equação informada acima e a equação de dissolução da fluoroapatita abaixo; indique também possíveis correlações entre essas equações.

\ce{Ca5(PO4)3F(s) + aq = 5Ca^{2+}(aq) + 3PO4^{3-}(aq) + F-(aq)};\quad \text{K}_{\text{ps}} = 8 \times 10^{-60}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 1 (2º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2019

2º dia · Química · Química: Produto de solubilidade (Kps)

A fermentação de alimentos ricos em açúcares é um processo prejudicial à saúde bucal, pois promove um ataque químico ao esmalte dos dentes. A parte inorgânica dos dentes é formada por uma substância chamada hidroxiapatita, que, em um ambiente bucal saudável, apresenta baixa solubilidade. Essa solubilidade pode ser equacionada da seguinte forma:

\ce{Ca5(PO4)3OH(s) + aq = 5Ca^{2+}(aq) + 3PO4^{3-}(aq) + OH-(aq)};\quad \text{K}_{\text{ps}} = 1{,}8 \times 10^{-58}.

Gráfico de pH em função do tempo decorrido após a ingestão de alimento (em minutos) de 0 a 40 no eixo horizontal, e pH de 3 a 7 no eixo vertical, mostrando três curvas: X (linha contínua), Y (linha tracejada) e Z (linha pontilhada).

a) Algumas características da saliva se alteram na presença de alimentos. Considerando que o prejuízo aos dentes causado pela ingestão de diferentes fontes de açúcar obedece à ordem cana > frutas > mel, preencha com as palavras cana, frutas e mel a tabela do espaço de respostas e explique em que se baseou a sua escolha.

b) O uso de água fluoretada e de produtos com flúor é recomendado para a saúde bucal. Explique a vantagem do uso do fluoreto levando em conta a equação informada acima e a equação de dissolução da fluoroapatita abaixo; indique também possíveis correlações entre essas equações.

\ce{Ca5(PO4)3F(s) + aq = 5Ca^{2+}(aq) + 3PO4^{3-}(aq) + F-(aq)};\quad \text{K}_{\text{ps}} = 8 \times 10^{-60}

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Resolução comentada

Resposta esperada pela Comvest

a)

Curva	Alimento
x	mel
y	frutas
z	cana

Conforme o enunciado da questão, a fermentação do açúcar leva ao ataque químico da hidroxiapatita. Sabendo que a fermentação leva à formação de ácidos, conclui-se que o meio ácido promove a dissolução da hidroxiapatita. Ainda de acordo com o enunciado, o prejuízo ao esmalte segue a ordem cana > frutas > mel. No gráfico, a curva z é a que representa maior acidez (menor valor de pH), por um período maior de tempo após a sua ingestão, devendo, desta forma, corresponder à cana. Na sequência viriam as curvas y e x, correspondentes às frutas e ao mel, respectivamente.

b)

O uso de fluoreto tem como vantagem a formação da fluoroapatita, uma substância com menor solubilidade que a hidroxiapatita, como indicam os valores de K_{\mathrm{ps}}. Conforme as equações, a dissolução da hidroxiapatita (primeira equação) leva à formação de íons cálcio e fosfato. Na presença de íons fluoreto, forma-se a fluoroapatita, como mostra a segunda equação.

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Publicada pela banca.

Resolução comentada

a) O dano ao esmalte depende da acidez da saliva. Quando o pH cai, aumenta a concentração de \ce{H+}. Esses íons consomem \ce{OH-} (\ce{H+ + OH- -> H2O}) e também \ce{PO4^{3-}} (formando \ce{HPO4^{2-}}). Isso diminui as concentrações dos íons no equilíbrio de solubilidade, que se desloca para a direita, dissolvendo a hidroxiapatita (desmineralização).

Portanto, quanto menor o pH e quanto mais tempo ele demora a voltar a 7, maior o prejuízo.

Curva Z: pH mínimo de cerca de 3,6 e recuperação só aos 40 min. É o maior dano, logo cana.
Curva Y: pH mínimo de cerca de 4,3 e recuperação em cerca de 35 min. É o dano intermediário, logo frutas.
Curva X: pH mínimo de cerca de 4,8 e recuperação em cerca de 25 min. É o menor dano, logo mel.

Tabela: X = mel; Y = frutas; Z = cana.

b) O \text{K}_{\text{ps}} da fluoroapatita (8\times10^{-60}) é menor que o da hidroxiapatita (1{,}8\times10^{-58}). Para ambas, \text{K}_{\text{ps}} = (5s)^5(3s)^3 s = 84375\,s^9. Isso dá s \approx 1{,}1\times10^{-7}\ \text{mol/L} para a hidroxiapatita e s \approx 7{,}7\times10^{-8}\ \text{mol/L} para a fluoroapatita. A fluoroapatita é, então, menos solúvel e mais resistente ao ataque ácido.

Há também uma correlação entre as equações. Somando a dissolução da hidroxiapatita com o inverso da dissolução da fluoroapatita, os íons \ce{Ca^{2+}} e \ce{PO4^{3-}} se cancelam:

\ce{Ca5(PO4)3OH(s) + F-(aq) = Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)}

K = \frac{1{,}8\times10^{-58}}{8\times10^{-60}} = 22{,}5

Como K>1, o equilíbrio favorece a troca de \ce{OH-} por \ce{F-} no esmalte, formando fluoroapatita. Além disso, o \ce{F-} é base muito mais fraca que o \ce{OH-} e consome menos \ce{H+} do meio ácido, o que também protege o dente.

A vantagem do flúor é converter parte da hidroxiapatita em fluoroapatita, menos solúvel (K=22{,}5 a favor da troca), o que torna o esmalte mais resistente à desmineralização.

Assuntos: Produto de solubilidade (Kps), Deslocamento de equilíbrio (Le Chatelier), pH, pOH e indicadores.

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Questão 1 no caderno da 2ª fase da UNICAMP 2019

Fonte: Comvest/Vestibular Unicamp 2019. Prova oficial ↗