Chimica generale ed inorganica per Scienze Biologiche (corso A)

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1 Chimica generale ed inorganica per Scienze Biologiche (corso A) A.A INTRODUZIONE Prof.ssa Elena Ghibaudi Dip. Chimica Via Giuria 7 Torino elena.ghibaudi@unito.it

2 A cosa serve la chimica a un biologo? The life complexity pyramid Oltvai, Science (2002) 298, p.763 From the particular to the universal cell = complex network in which the components are connected by functional links.

3 A cosa serve la chimica a un biologo? Un farmaco inibitore enzimatico Metabolismo del glicogeno ATP-sintasi: una macchina molecolare Struttura di una unità ribosomale RNA = viola; proteine = altri colori La chimica del cervello 3

4 Chimica = scienza delle trasformazioni delle sostanze Macroscopico (livello dell esperienza sensoriale) Concetto di sostanza Microscopico (livello della modellizzazione e dell astrazione) Gerarchia logica dei modelli utilizzati in chimica Modello particellare della materia Modelli di struttura atomica Modelli di legame e di struttura molecolare Modelli degli stati fisici della materia Modelli di reattività della materia Modelli specifici di reattività Modelli termodinamici La materia ha una struttura discreta ed è organizzata in atomi e molecole Modelli di Thomson, Rutherford, Bohr, atomo quantistico (concetto di orbitale) Lewis, teoria VSEPR, orbitali atomici (ibridazione), orbitali molecolari Teoria cinetico-particellare dei gas; interazioni intermolecolari nei liquidi La teoria dell equilibrio chimico dinamico; modello cinetico e velocità di reazione; la teoria degli urti molecolari. Modelli acido-base (Arrhenius, Broensted, Lewis); modello eq. solubilità (Kps); modelli redox (ossigeno, idrogeno, elettroni, numero di ossidazione) I diagrammi di stato; la descrizione energetica di un sistema mediante G, H, S

5 Di cosa ci occuperemo (1) La materia. Dal punto di vista macroscopico (cosa è una sostanza? Un miscuglio? Una miscela omogenea o eterogenea?) e dal punto di vista microscopico (struttura particellare, l'atomo e la sua struttura). Gli elementi chimici: la tavola periodica e le proprietà periodiche. Ruolo degli elementi chimici utilizzati dal mondo vivente. Il legame chimico. I tipi di interazioni intra-molecolari, le loro caratteristiche principali e la loro rilevanza per i sistemi biologici. La struttura delle molecole e la relazione tra struttura e proprietà (polarità, punti di fusione, solubilità in solventi, ecc.). Formule molecolari. Gli stati della materia, le loro proprietà e le trasformazioni fisiche. Le interazioni inter-molecolari. I sistemi gassosi e le loro leggi. Lo stato liquido, le soluzioni ed il loro comportamento. I solidi e la loro struttura. I diagrammi di stato dell acqua e del biossido di carbonio Le trasformazioni chimiche. Classificazione delle trasformazioni chimiche. Come si formalizza una trasformazione chimica? L equazione di reazione. Rapporti ponderali tra reagenti e prodotti, resa di reazione. Il numero di Avogadro e la mole. L equilibrio chimico. Quale fenomeno descrive? Quali parametri lo caratterizzano (la costante di equilibrio). Esempi di processi di equilibrio in soluzione acquosa (le reazioni tra acidi e basi, le soluzioni tampone, gli equilibri di solubilità) e la loro relazione con il mondo biologico. 5

6 Di cosa ci occuperemo (2) Gli aspetti termodinamici delle trasformazioni chimiche. Quando e perché una trasformazione chimica è spontanea? Energia libera, entalpia ed entropia (funzioni di stato). Gli aspetti cinetici delle trasformazioni chimiche. Cosa influenza la velocità di una trasformazione chimica? La catalisi ed il suo ruolo in biochimica (gli enzimi). Cenni di radiochimica: i fenomeni di decadimento radioattivo ed il loro utilizzo in ambito biologico (datazioni, marcature radioattive, traccianti radioattivi). Cenni di elettrochimica. Energia chimica vs. energia elettrica. Cosa è e come funziona una pila? Cosa è l elettrolisi? Le leggi di Faraday, la legge di Nernst. Il ph-metro. Cenni di chimica descrittiva. Uno sguardo sugli elementi che la il mondo vivente ha selezionato e sul loro ruolo nella biosfera. 6

7 Come studiare Istruzioni per l uso! (1) NON sono sufficienti gli appunti: un libro di testo è indispensabile Le diapositive proiettate in classe sono disponibili sul sito web del corso ( 6de2;search=;hits=50) Gli esercizi risolti in aula nelle ore di esercitazione saranno diponibili sul sito web del corso (vedi sopra). Il materiale segnalato nelle slide e disponibile sul WEB (simulazioni, tutorials) è utile per esercitarsi e verificare la comprensione dei concetti principali. E UTILE organizzarsi in gruppi di studio 7

8 Istruzioni per l uso! (2) Testi consigliati (altri testi posso andare ugualmente bene.parliamone!) Petrucci, Herring, Madura, Bissonette, Chimica generale con esercizi, PICCIN Tro, Chimica, un approccio molecolare, EdiSES Kotz, Treichel, Chimica, EdiSES Caselli, Rizzato, Tessore Stechiometria - EdiSESMichelin Lausarot, Vaglio, Stechiometria per la Chimica Generale, PICCIN Sistema periodico degli elementi OBIETTIVO = COMPRENDERE MEMORIZZARE 8

9 Istruzioni per l uso! (3) Siti web - tavola periodica interattiva ry - simulazioni utili per la comprensione di concetti (cinetica, struttura atomo e molecole, polarità, equilibri, ecc.) simulazioni per comprendere la geometria molecolare. simulazioni e tutorials su vari argomenti del corso informazioni (storiche e non) sul mondo della chimica 9

10 Istruzioni per l uso! (4) Esame: scritto (obbligatorio) e orale (facoltativo) Prova scritta: Una serie di domande e problemi sugli argomenti svolti. Il risultato positivo di questa prova consente l'accesso alla prova orale. Prova orale (facoltativa): Discussione dei risultati della prova scritta e verifica della preparazione complessiva. PER COLORO CHE DOVEVANO SEGUIRE IL CORSO PROPEDEUTICO DI CHIMICA Non sarà possibile sostenere l esame di Chimica generale se non si è superato l esame del precorso! VERIFICATE! 10

11 Istruzioni per l uso! (5) Esercitazioni e tutoraggio Faremo esercitazioni in aula e avrete ore di tutoraggio in aula con un assistente (Giuseppe Riccio) per chiarire tutti i vostri dubbi: sfruttate queste opportunità! Griglia di autovalutazione: disponibile on-line e organizzata per argomenti, contiene quesiti guida pensati per aiutarvi a valutare il vostro grado di comprensione degli argomenti proposti durante il corso. Compiti risolti: on-line trovate tutti i compiti d esame assegnati finora, con le relative risoluzioni. NON FAREMO ESONERI INTERMEDI 11