ph di SOLUZIONI TAMPONE

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1 p di SOLUZIONI TAMPONE Per capire meglio il potere tamponante e calcolare il p va considerato il principio di Le hatelier: onsideriamo ad esempio l acido acetico (Ac): Ac + 2 O Ac O + Se la soluzione si prepara con solo Ac si ha che è praticamente spostata a sinistra (solo l 1.3% di acido è dissociato). Ma se si aggiunge una quantità di Na + Ac - (acetato di sodio) si dovrebbe prevedere un ulteriore spostamento verso sinistra della reazione, per il principio di Le hatelier: cioè anche quel poco acido dissociato (1.3%) torna nella sua forma indissociata Ac! Per cui all equilibrio si avrà: [Ac] o [Ac - ] o (NaAc) e la Keq sarà: [ 3 O + ] [Ac - ] Keq = Ka = [Ac] [ 3 O + ] = Ka [Ac] [Ac - ] = 1.85 x 10-5 M p= pka - log [Acido] [Base] Equaz. di enderson-asselbach

2 Si definiscono acidi poliprotici quegli acidi capaci di dissociare in acqua due, tre o più moli di protoni per mole di composto. Es. 2 SO 4, 3 PO 4, etc. Normalmente i valori di Ka diminuiscono andando dalla prima, alla seconda, alla terza dissociazione.

3 AIDI e BASI nell ORGANISMO - p SANGUE 7.4, tamponato da 2 PO 4 - / PO 4 2- e da altri sistemi, quali O 3 - / O 3 2-, o anche sistema emoglobina acida / emoglobina anione. - p STOMAO 1 1.5!! Basso perché gli enzimi digestivi lavorano a p acido l. Se l acidità è eccessiva si usa Mg(O) 2, o NaO 3 (bicarbonato di sodio). Il sistema O O 3 -- O 3 - La O 2 migra nell organismo in gran parte sotto forma di bicarbonato, O O 2 O O O O + K+ neutralizza la carica di O 3 -, 3 O + viene neutralizzato dai componenti anionici delle proteine costituenti i globuli rossi. Il sistema 2 O 3 / O - 3 tampona a p 6.5 e il tampone funziona nella contrazione muscolare, in cui viene prodotto acido lattico: quest ultimo è più forte di 2 O 3 per cui gli + prodotti vanno ad agire sull equilibrio 2 O 3 / O - 3

4 AIDO Accettore di un doppietto elettronico BASE Donatore di un doppietto elettronico Nella neutralizzazione di un acido con una base si forma un LEGAME OVALENTE, nel quale il doppietto elettronico proviene da un donatore, definito NULEOFILO, che lo cede ad un accettore, definito ELETTROFILO.

5 Acidi e basi di Lewis Acidi e basi di Bronsted- Lowry Acidi e basi di Arrhenius

6 Anche le proteine del sangue, in particolare l emoglobina, possono agire da sistemi tampone. Gli aminoacidi di cui sono composte le proteine, sono sostanze di natura anfotera.

7 La chimica organica si occupa dello studio della struttura, delle proprietà e delle reazioni dei composti del carbonio. PERE STUDIARE LA IMIA ORGANIA? La maggior parte delle sostanze contenute nel nostro organismo, così come moltissimi farmaci, sono di derivazione organica. Molti oggetti che noi utilizziamo ogni giorno sono sostanze organiche o loro derivati (carta, plastica, fibre naturali o sintetiche ). Lo studio della chimica organica è fondamentale per la comprensione dei meccanismi biologici che regolano la vita.

8 IL ARBONIO E LA TAVOLA PERIODIA

9 sp 3 Per creare questi nuovi orbitali ibridi si ha una sorta di fusione tra gli orbitali s (1) e p (3) e la formazione di 4 orbitali degeneri sp 3, aventi ciascuno il 25% di carattere s e 75% di carattere p. s p x y z sp 3 IBRIDAZIONE In questo modo i 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del arbonio diventano perfettamente equivalenti, si dispongono lungo un tetraedro, a 109 l uno dall altro (più distanti dei 90 del tipo p!) e possono far formare al arbonio stesso 4 legami identici tra loro.

10 arbonio Tetraedrico (sp 3 ) (metano) 4 legami covalenti covalenti disposti a , per andare a occupare i vertici di un tetraedro con i 4 sostituenti

11 σ s-sp 3 METANO n 2 n+2 σ s-sp 3 σ sp 3 -sp 3 ETANO σ s-sp 3 σ s-sp 3

12 sp 2 L ibridazione può essere anche incompleta e riguardare l orbitale s (1) e solo 2 orbitali p con la formazione di 3 orbitali degeneri sp 2, aventi ciascuno circa il 33% di carattere s e 66% di carattere p. Il 4 orbitale rimarrà di tipo p e s p x y z sp 2 IBRIDAZIONE sp 2 p solo 3 dei 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del arbonio diventano perfettamente equivalenti, disponendosi a triangolo a 120, mentre uno (p) rimarrà ad una energia lievemente superiore. Si dice quindi che il arbonio rimane con un grado di insaturazione.

13 L ibridazione sp 2 spiega la struttura di composti come l etilene 2 4 Etilene n 2n 2 Legami σ s-sp 2, un legame σ sp 2 -sp 2 e un legame π (p-p)

14 sp L ibridazione può essere ancor più incompleta e riguardare l orbitale s (1) e solo 1 orbitale p con la formazione di 2 orbitali degeneri sp, aventi ciascuno il 50% di carattere s e 50% di carattere p. 2 orbitali rimarranno di tipo p e s p x y z sp p solo 2 dei 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del arbonio diventano perfettamente equivalenti con geometria lineare disposti a 180, mentre gli altri 2 (p) rimarranno ad una energia lievemente superiore. Si dice quindi che il arbonio ha due gradi di insaturazione.

15 Il triplo legame: IBRIDAZIONE sp 2 orbitali sp ETINO n 2 n-2

16 Etilene 24 Etino o acetilene, 22

17 Ricapitolando IBRIDAZIONE 1s + 3p 4 sp 3 (tetraedro) 1s + 2p IBRIDAZIONE 3 sp 2 (triangolare planare) 1s + 1p IBRIDAZIONE 2 sp (lineare)

18 Formati solamente da due tipi di atomi, e ; Molecole apolari e insolubili in acqua Impiegati solitamente come combustibili Idrocarburi Alifatici Aromatici Alcani Alcheni Alchini

19 Alcani: idrocarburi saturi metano etano propano n n+2 4 Butano 5 Pentano 6 Esano

20 Rappresentazione degli alcani (e derivati) Pentano Formula bruta: dice solo tipo e numero di atomi della molecola compatta: esplicita solo i legami al carbonio di struttura: evidenzia tutti i legami della molecola spaziale: evidenzia la struttura tetraedrica di ogni centro carbonioso

21 Isomeria strutturale Può succedere che due o più composti strutturalmente diversi abbiano le stessa formula molecolare, cioè siano ISOMERI. PENTANO pentano normal-pentano ISOMERI: composti organici che hanno la stessa formula molecolare ma differiscono per una determinata caratteristica strutturale metilbutano iso-pentano 5 12 dimetilpropano neo-pentano

22 1. La catena carboniosa più lunga ha tre atomi di carbonio 2. A questa catena sono legati due metili 3. Non è necessario specificare che i due metili sono legati al carbonio dimetilpropano (o neopentano)

23 ALANI: Solo legami singoli (catene sature) Nomenclatura: radice che riflette il n di atomi di carbonio + suffisso ano nome n atomi formula molecolare formula struttura metano etano propano butano pentano ( 2 ) 3 3 esano ( 2 ) 4 3 eptano ( 2 ) 5 3 ottano ( 2 ) 6 3 nonano ( 2 ) 7 3 decano ( 2 ) 8 3 Alcani ramificati: determinare la catena più lunga (fondamentale), numerare gli atomi a partire dall estremità più vicina alla ramificazione, assegnare il nome ad ogni sostituente. Es. 2-metilesano

24 icloalcani ciclopropano cicloesano 2 2 ciclopentano ciclobutano

25 icloalcani Formula generale n 2n

26 NOMENLATURA Il sistema internazionale IUPA (International Union of Pure and Applied hemistry) ha introdotto alcune regole generali per consentire una nomenclatura NON equivoca dei vari composti organici, che spesso risultano complicati per la presenza di vari gruppi sostituenti. Le regole basilari sono le seguenti:

27 O Se inseriamo un O in questa posizione la numerazione e la nomenclatura AMBIANO ( ) ,3,4-trimetilnonano 2-idrossi-6,7,7-trimetilnonano

28 Alcheni e alchini: idrocarburi insaturi (oltre al capostipite ETILENE, 2 4 ) PROPENE 3 Nel ciclo di Krebs, fondamentale ciclo metabolico Saturo, sp3 Insaturo, sp2

29 Gli alcheni sono denominati aggiungendo alla radice, che esprime il n. di atomi di carbonio, la desinenza -ENE. È necessario specificare la posizione del doppio legame nella catena, se ambiguo butene 2-butene metilpropene

30 ancora: pentene 1-pentene pentene 2-pentene metil-1-butene 2-metil-1-butene metil-1-butene 3-metil-1-butene metil-2-butene 2-metil-2-butene

31 ALENI Gli alcheni sono idrocarburi insaturi caratterizzati dalla presenza di un doppio legame Nomenclatura: radice + suffisso ene L alchene più semplice e comune è l etene, detto anche etilene ISOMERIA IS-TRANS Non è possibile la rotazione attorno al doppio legame

32 Isomeria geometrica o cis-trans cis-2-butene trans-2-butene NON E ROTAZIONE ATTORNO AL DOPPIO LEGAME!!!

33 Isomeria geometrica cis-trans Questi due composti hanno la stessa formula molecolare e gli atomi sono legati nello stesso ordine ma la disposizione nello spazio è diversa: sono stereoisomeri Reazioni degli alcheni: addizione al doppio legame

34 Isomeria ottica Un atomo di carbonio presente in un composto organico viene definito asimmetrico quando lega quattro sostituenti diversi. Un atomo di carbonio asimmetrico è un centro chirale.

35 + a destrogiro - a levogiro + a luce polarizzata luce ordinaria

36 d Isomeria ottica c a b è chirale

37 a La molecola b è sovrapponibile alla immagine speculare della molecola a. O anche: la molecola a NON è sovrapponibile alla sua immagine speculare (molecola b). b 1 Quando si verifica questa condizione le molecole a e b sono definite enantiomere

38 c a b c non è chirale

39 Un esempio di molecole chirali: gli aminoacidi

40 Un altro esempio di molecole chirali: gli zuccheri

41 Idrocarburi aromatici: il benzene Sono detti aromatici gli idrocarburi con struttura ciclica che presentano legami doppi con delocalizzazione elettronica. Il benzene ( 6 6 ) risuona fra le due forme limite. Il passaggio dall una forma all altra si verifica per semplice spostamento di cariche elettriche.

42 struttura 6 6 (1) (2) legami legami formule equivalenti per RISONANZA media nel tempo 50% (1) 50% (2)

43 Nel benzene i doppi legami sono ONIUGATI e DELOALIZZATI lungo tutta la struttura Grande stabilità L anello aromatico ha carattere idrofobico Rappresentazione del benzene: l anello interno mostra la delocalizzazione dei legami π ancerogeno perché si infila, si impila (stacking) tra le basi azotate del DNA

44 Due o più anelli benzenici possono essere fusi a formare le molecole di altri idrocarburi aromatici, tra cui il naftalene, l antracene, il fenantrene, che si trovano in abbondanza nel catrame. La delocalizzazione elettronica caratteristica di tutti i composti aromatici conferisce una particolare stabilità a queste molecole. naftalene antracene fenantrene pirene benzopirene

45 omposti eterociclici I composti eterociclici aromatici o alifatici, mostrano una struttura ciclica in cui sono presenti uno o più atomi diversi dal carbonio. Sono presenti all interno di alcune molecole naturali (basi azotate, certi aminoacidi, vitamine).

46 Idrocarburi: sono i più semplici, contengono solamente atomi di e legati tra loro con legami covalenti omposti caratterizzati da altri legami covalenti del con O, N, S, alogeni, etc

47 GRUPPI FUNZIONALI: ATOMI SINGOLI O RAGGRUPPAMENTI DI ATOMI E ARATTERIZZANO UNA LASSE DI OMPOSTI E NE DETERMINANO LE PROPRIETA.

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49 Presenza di un gruppo ossidrile O Formula generale R-O Nomenclatura: a partire da quella dell alcano corrispondente + suffisso olo Quelli + semplici sono idrosolubili, ma l idrofobicità aumenta all aumentare della lunghezza della catena lassificazione degli alcoli:

50 Alcoli con più di un ossidrile (polialcoli, o polioli) Reazioni degli alcoli: Disidratazione Ossidazione

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52 Aldeidi e chetoni O gruppo carbonile O R R R aldeide chetone

53 Aldeidi Il loro nome si costruisce facendo seguire la desinenza -ALE al nome dell idrocarburo. O metanale aldeide formica 3 O etanale aldeide acetica 3 O propanale aldeide propionica La vecchia nomenclatura (ancora in uso) è riportata in corsivo sotto la nomenclatura IUPA.

54 hetoni Il nome si costruisce facendo seguire la desinenza -ONE al nome dell idrocarburo. O O O propanone butanone 2-pentanone

55 AIDI ARBOSSILII L acidità è legata alla particolare stabilità della base coniugata: 50% 50% La delocalizzazione della carica negativa stabilizza fortemente l anione e quindi favorisce la dissociazione di + Esempi di acidi carbossilici: -OO Acido formico, tossico 3 OO Acido acetico

56 Acidi carbossilici Sono composti in cui è presente il gruppo carbossile -OO. Sono denominati utilizzando il prefisso acido prima della radice che è seguita dal suffisso -OIO. OO OO acido etandioico (acido ossalico) OO 2 OO acido propandioico (acido malonico) OO ( 2 ) 2 OO acido butandioico (acido succinico) OO ( 2 ) 4 OO acido esandioico (acido adipico) OO OO acido cis-butendioico (acido maleico) OO OO acido trans-butendioico (acido fumarico)

57 AIDI GRASSI Sono acidi carbossilici a catena R più o meno lunga, saturi o insaturi AIDI BIARBOSSILII

58 Esempi di esercizi Una mole di acqua e una mole di ammoniaca hanno: a) Lo stesso numero di atomi b) Lo stesso numero di molecole c) La stessa massa d) La stessa densità In una reazione chimica: a) Per ogni elemento il numero di atomi a sinistra della freccia deve essere uguale al numero di atomi a destra della freccia b) La densità deve rimanere costante c) Il volume totale deve rimanere costante d) Il numero di molecole deve rimanere costante Una mole di acqua: a) È formata da un numero di Avogadro di molecole b) a una massa di 18 grammi c) ontiene una mole di atomi di ossigeno d) Tutte e tre le precedenti risposte sono corrette

59 Se il ΔG di una reazione è minore di 0: (A) la reazione non avviene spontaneamente (B) la reazione è all'equilibrio () la reazione procede spontaneamente (D) la variazione di energia libera è maggiore di 0 In una equazione chimica cosa indicano i coefficienti stechiometrici? (A) Il numero di grammi dei reagenti e prodotti (B) Il numero di atomi dei reagenti e prodotti () Il numero di moli di reagenti e prodotti (D) Il numero di elettroni di valenza di reagenti e prodotti Il numero di ossidazione del Fluoro in F è: (A) -7 (B) -1 () +1 (D) 0

60 Quando in una reazione di ossido-riduzione, una specie perde elettroni: (A) si ossida (B) si riduce () si ossida e si riduce contemporaneamente (D) Tutte le risposte precedenti Una reazione si dice all equilibrio quando: (A)La velocità della reazione diretta è uguale a quella della reazione inversa (B)La velocità della reazione diretta è minore di quella della reazione inversa ()La velocità della reazione diretta è maggiore di quella della reazione inversa (D)La velocità della reazione diretta è il doppio di quella della reazione inversa

61 FINE