Idrogeno (H) Azoto (N) La materia è costituita da elementi chimici. In natura sono presenti 92 elementi

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1 Gli organismi sono fatti da MATERIA*. (*qualsiasi cosa che occupa uno spazio e ha una massa) Gli antichi filosofi greci dicevano che la materia deriva da 4 ingredienti di base o ELEMENTI (ARIA, ACQUA, TERRA e FUC), supposti come sostanze pure che non potevano essere scomposti in altre forme di materia Tutte le sostanze erano considerate come prodotto del mescolamento in varie proporzioni dei vari elementi. Nonostante i filosofi avessero proposto gli elementi sbagliati, l idea base era corretta In natura sono presenti 92 elementi La materia è costituita da elementi chimici Circa 25 dei 92 elementi sono definiti essenziali per la vita Quattro di questi costituiscono da soli circa il 96% del corpo umano ssigeno () Carbonio (C) Idrogeno () Azoto (N)

2 La rilevante percentuale di 2 è dovuta al fatto che esso entra nella composizione dell acqua ( 2 ) la sostanza che compone quasi il 90% del nostro organismo Calcio (Ca), fosforo (P), potassio (K), zolfo (S) e pochi altri costituiscono il rimanente 4% Ci sono poi circa altri 15 elementi che si trovano in tracce. Assieme sono poco più di un decimillesimo Pur essendo in tracce, la loro importanza non è minore. Infatti nella maggior parte dei casi l organismo non sopravviverebbe senza di questi elementi

3 Numero atomico e numero di massa Il numero atomico è costituito dal numero di protoni che si trovano nel nucleo Il numero di massa di un atomo è dato dalla somma del numero di protoni e di neutroni Carbonio Numero atomico = 6 Ricordando che la massa di protoni e neutroni è considerata = 1 e quella degli elettroni è nulla 6 protoni 6 neutroni 6 elettroni Numero di massa = 12 I legami chimici I legami chimici sono prevalentemente di 4 tipi Legame Covalente Legame Ionico Legame a idrogeno Legame (forze) di van der Waals

4 Legame Covalente Un legame covalente semplice viene a formarsi quando due atomi condividono una coppia di elettroni in modo tale che entrambi raggiungono una condizione più stabile Ad esempio due atomi di condividono una coppia di elettroni in modo tale che entrambi raggiungono la condizione con due elettroni nel un primo livello energetico (s) METAN Un atomo di C (che è TETRAVALENTE) può condividere una coppia di elettroni con ciascuno dei quattro atomi di a cui si lega In questo modo il C raggiunge la condizione stabile con 8 elettroni nel secondo livello energetico (s + p) Legame covalente ltre a poter formare legami con più atomi diversi, uno stesso atomo può formare più legami covalenti con un singolo atomo Ciò avviene quando due atomi condividono non una sola ma più coppie di elettroni (ad es. in 2 )

5 Legami covalenti asimmetrici In una molecola gli atomi che formano tra loro un legame possono avere una differente tendenza ad attrarre elettroni (si dice che uno è più elettronegativo dell altro) Questo accade per esempio nella molecola dell acqua dove l ssigeno è più elettronegativo dell idrogeno Gli elettroni condivisi passano più tempo attorno all che all Legame covalente

6 Legame a idrogeno (o a ponte di ) Il legame ad idrogeno si forma tra un atomo di idrogeno con una carica parziale positiva e una altro atomo (ad es. ossigeno o azoto) con una carica parziale negativa Esso può formarsi tra piccole molecole o tra parti diverse di una stessa grande molecola Un esempio di legame ad idrogeno è quello che si forma tra le molecole d acqua La forza di un legame ad idrogeno(3-5 Kcal/mol) è circa 1/20 di quella di un legame covalente ( Kcal/mol). Tuttavia la formazione di molti legami ad idrogeno può conferire una notevole stabilità alle strutture. Proteine, DNA... etc. Legame a idrogeno Legame Ionico Quando due atomi differiscono notevolmente nella loro elettronegatività e uno mostra forte tendenza a perdere elettroni e l altro ad acquistarli può avvenire il trasferimento di un elettrone da un atomo all altro L esempio di come questo trasferimento può legare assieme atomi differenti è dato dal cloruro di sodio (NaCl) il comune sale da cucina

7 All inizio i due atomi sono elettricamente neutri ma instabili e fortemente reattivi Il sodio ha un elettrone in più rispetto al numero che serve per completare il guscio elettronico esterno e assumere una configurazione stabile (8 elettroni) Al cloro invece manca un elettrone per raggiungere la configurazione stabile con 8 elettroni nel guscio esterno Il cloro strappa un elettrone al sodio La reazione tra sodio e cloro permette ad entrambi di ottenere una condizione stabile con 8 elettroni nel guscio esterno ra però il sodio è caricato positivamente (ha perso un elettrone cioè una carica unitaria) Na + Il cloro invece è caricato negativamente (ha acquistato un elettrone cioè una carica unitaria) Cl - Cationi Anioni

8 Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio, viene disciolto in acqua le sue molecole si dissociano in ioni: Na + e Cl - Nel sale (NaCl) allo stato solido il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche opposte di Na + e Cl - si attraggono) La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che in sostituzione del legame forte tra Na + e Cl - si formano tanti legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto guscio di idratazione) L acqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na + sia con Cl - (-) C N Per le sue proprietà, l acqua è un buon solvente per le sostanze polari (per queste si usano i termini idrofile o idrosolubili) Al contrario, poiché tra molecole polari come l acqua e molecole apolari come idrocarburi, trigliceridi e altri lipidi non esiste attrazione e non si formano legami, questi ultimi sono insolubili in acqua (sostanze idrofobe) Le molecole apolari tra loro formano altri tipi di legami Le Forze di van der Waals

9 Forze di van der Waals Anche una molecola con legami covalenti apolari può contenere regioni con parziali cariche positive e negative. Infatti essendo gli elettroni in costante movimento, essi non sono mai distribuiti in modo perfettamente simmetrico, pertanto, in ogni istante, si possono accumulare in modo casuale in una parte o nell altra della molecola. Ne risultano punti caldi di carica + o che cambiamo continuamente permettendo ad atomi e molecole di associarsi transitoriamente. Queste forze di van der Waals sono molto deboli e fanno sentire il loro effetto solo a distanze molto brevi. Importante: tutti i legami anche se deboli possono stabilizzare in modo significativo la forma di grosse molecole grazie al loro effetto cumulativo. La differenza dei valori di elettronegatività, tra gli atomi di e di fa sì che la nube elettronica costituita dagli elettroni di legame sia "spostata sull'atomo di (parzialmente negativo) piuttosto che su quelli di (parzialmente positivi).

10 Sono state elencate almeno 37 anomalie dell acqua, cioè comportamenti anomali che l acqua ha rispetto ad altri composti chimicamente simili: alto punto di fusione alto punto di ebollizione alta tensione superficiale alta viscosità la sua densità aumenta all aumentare della temperatura bassa compressibilità alto calore specifico ecc ecc. L acqua è una molecola polare Con due estremità cariche di segno opposto e una forma grossolanamente a V. Praticamente un DIPL

11 La differenza dei valori di elettronegatività, tra gli atomi di e di fa sì che la nube elettronica costituita dagli elettroni di legame sia "spostata sull'atomo di (parzialmente negativo) piuttosto che su quelli di (parzialmente positivi). LE CARATTERISTICE FNDAMENTALI DELL ACQUA. La Durata dei legami- è di trilionesimi di secondo L ACQUA E ADESIVA E CESIVA Ma le molecole formano continuamente nuovi legami con molecole diverse questo conferisce all acqua particolare struttura. I legami- tengono insieme l acqua liquida (CESINE) Anche il trasporto di acqua contro gravità nelle piante è dovuto alla CESINE e all ADESINE delle molecole di acqua alle pareti dei vasi Azione capillare Tensione superficiale Correlata all ADESINE è la tensione superficiale: all interfaccia tra acqua e aria si trova uno strato di molecole di acqua, ognuna delle quali è legata a molecole vicine e/o sottostanti mediante legami-, questo fa si che l acqua sia come coperta da una pellicola invisibile che permette agli insetti di appoggiarvisi

12 Ciò ltre avvie t Legame e interazioni idrofobiche sono i due effetti principali che determinano la struttura delle biomolecole MLTE INTERAZINI DEBLI STABILIZAN LE STRUTTURE

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