Università degli Studi A. Moro di Bari BIOCHIMICA (2 CFU)

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1 Univrsità dgli Studi A. Moro di Bari Corso di Laura Trinnal in Infrmiristica I anno BIOCHIMICA (2 CFU) I smstr a.a. 2015/2016 Docnt: Fdrica Taurino mail: fdrica.taurino@uniba.it

2 Univrsità dgli Studi A. Moro di Bari Corso di Laura in Infrmiristica corso di BIOCHIMICA a.a. 2015/2016 Elmnti di chimica gnral d inorganica: l atomo lgam chimico l soluzioni l razioni chimich acidi-basi-sali cnni di lttrochimica Elmnti di chimica organica: il carbonio i gruppi funzionali Propdutica biochimica: Carboidrati Lipidi Protin Acidid nuclici Nuclotidi Biochimica gnral amminoacidi protin moglobina mioglobina nzimi Mtabolismo di carboidrati di lipidi dll protin dll moglobina dgli acidi nuclici Biorgolatori dl mtabolismo

3 Tsti consigliati: Appunti dll lzioni Appunti di biochimica. Pr l laur trinnali Maria V. Catani, Isablla Savini, Pitro Gurriri Elmnti di Chimica Biochimica Di: Rita Robrti, Giovanni Alunni Bistocchi Chimica pr l Scinz Biomdich Sackhim - Lhman Corso di BIOCHIMICA pr l laur sanitari di Samaja Siliprandi & Tttamanti Biochimica Mdica G. Tttamanti Champ, Harvy, Frrir L basi dlla Biochimica Zanichlli

4 Tsti consigliati: Appunti dll lzioni Introduzion alla biochimica di Lhningr di Nlson David L., Cox Michal M. Marks biochimica mdica. Un approccio clinico Librman Michal, Marks Allan

5 ELEMENTI DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA La CHIMICA è la scinza ch dscriv la matria, l su proprità l trasformazioni ch ssa subisc, insim all variazioni nrgtich ch accompagnano qusti procssi MATERIA: tutto ciò ch ha massa tutto ciò ch occupa uno spazio tutto ciò ch possid nrgia ENERGIA: capacità di compir lavoro o di trasfrir calor Studia la struttura, l proprità l trasformazioni di tutta la matria ch ci circonda di cui siamo fatti.

6 MISCELE, COMPOSTI, ELEMENTI

7 ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE Un lmnto è una sostanza ch non può ssr sparata in sostanz più smplici mdiant trasformazioni né chimich né fisich; ram Un composto è una sostanza ch può ssr sparata in sostanz più smplici mdiant trasformazioni chimich, ma non fisich. acqua La miscla è un insim di sostanz ch è possibil sparar mdiant trasformazioni di tipo fisico. glucosio in acqua

8 ELEMENTI mrcurio zolfo xno ossigno

9 COMPOSTI acqua I composti si ottngono pr razioni chimich a partir da lmnti /o altri composti: CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O anidrid carbonica

10 MISCELE ram stagno bronzo di Riac alcol tilico acqua vino

11 MISCELE OMOGENEE ED ETEROGENEE Nll miscl omogn i componnti sono mscolati in modo molto profondo tanto ch ssi prdono alcun proprità non sono più distinguibili fra loro Nll miscl trogn sono qulli più facili da individuar prché in gnr i divrsi componnti ch li costituiscono si riconoscono nttamnt, talvolta anch ad occhio nudo. Una miscla in cui è prsnt una sola fas è dtta omogna. Tipico smpio sono l soluzioni (sal sciolto in acqua). Una miscla in cui è possibil vidnziar più di una fas è dtta trogna o miscuglio. miscla trogna liquido-liquido Miscla trogna solido-liquido Fas: porzion di matria ch prsnta una composizion omogna costant snza alcuna suprfici di sparazion Campion di sangu : miscla trogna Sal in acqua : miscla omogna

12 Miscla trogna Zolfo frro Elmnti: P bianco, S, Carbonio, Br, I Composti: NaCl, CuSO4, NiCl2, K2Cr2O7, CoCl2

13 MATERIA STATO FISICO E COSTITUZIONE CHIMICA Stati fisici dlla matria: Solido: forma volum fisso Liquido: volum fisso ma forma variabil Gas: volum forma variabili (comprimibil) Trasformazioni dlla matria: Trasformazion fisica: cambiamnti di stato di aggrgazion dlla matria ma non dlla natura chimica; coinvolgono solo l proprità organolttich alcun proprità fisich (s: bollizion dll acqua) Trasformazion chimica: cambiamnti radicali dlla matria ch cambia così l propri proprità chimich, fisich organolttich, cambiamnto dll idntità chimica (s: arruginimnto dl frro, da F a F 2 O 3 )

14 Stati di aggrgazion dlla matria passaggi di stato gassoso bollizion brinamnto liquido condnsazion sublimazion solidificazion fusion solido Stato gassoso : la matria è prsnt sotto forma di particll in continuo assnza di lgami movimnto ch occupano in modo omogno tutto il volum dl rcipint di cui assumono la forma. diminuizion di T diminuizion di P lgami dboli Stato liquido : la matria è prsnt sotto forma di particll tra l quali si srcitano forz di cosion ch prvalgono su qull di movimnto ch tndono ad allontanarl; prtanto i liquidi assumono la forma dl rcipint ma hanno volum proprio. diminuizion di T diminuizion di P lgami for0 Stato solido : la matria è formata da particll lgat da forz attrattiv o di cosion pr cui l sostanz solid assumono una disposizion obbligata nllo spazio avndo forma volum propri.

15 L ENERGIA E LE SUE FORME Enrgia cintica (E c ) ( kinin = muovr ): capacità di compir dirttamnt un lavoro, può ssr facilmnt trasfrita da un oggtto ad un altro Enrgia potnzial (E p ): nrgia ch un oggtto possid pr la sua posizion, condizion o composizion. Es. carbon possid nrgia chimica a causa dlla sua composizion Enrgia di massa (E m ): nrgia associata alla massa di un corpo [E m = mc 2 ] mccanica chimica nuclar trmica lttrica Lgg di consrvazion dll nrgia: ogni forma di nrgia può intramnt trasformarsi in un altra ma non può ssr né crata né distrutta

16 ELEMENTI, COMPOSTI, MISCELE Classificazion dlla matria : matria sostanz pur sparat con mtodi fisici miscl composti sparati con (s. acqua, mtodi chimici cloruro di sodio, ammoniaca) lmnti (s. ram,oro,frro) omogn trogn Una MISCELA è un campion di matria costituito da du o più sostanz. I COMPOSTI sono sostanz più complss format da atomi diffrnti ch pr mzzo di razioni chimich si dcompongono in lmnti. Gli ELEMENTI sono sostanz format da atomi dllo stsso tipo. L ATOMO è la più piccola part dll lmnto ch consrva tutt l carattristich strutturali pr l idntificazion dll lmnto a cui appartin.

17 LA STRUTTURA DELL ATOMO Atomo...dal grco atomos ch significa indivisibil...in raltà... È composto da tr particll: -lttroni; -protoni; -nutroni. Nutroni protoni formano il nuclo

18 VISIONE SEMPLIFICATA DELL ATOMO Un atomo può ssr assimilato ad una minuscola sfra ch occupa la part cntral ( il nuclo), circondata da una nub di lttroni. nuclo Elttron : ha carica lttrica con valor ugual a qulla dl proton (1.602 x C) ma con sgno ngativo (-) possid una massa di circa 1836 volt infrior risptto a qulla dl proton (9.11 x gr). Un atomo nutro, chiaramnt dv avr un ugual numro di protoni d lttroni : p Proton : ha carica lttrica positiva (+) (1.602 x C) prsnta una massa pari a x grammi. n Nutron : non ha carica lttrica ma prsnta una massa pari a x grammi. p + = carica lttrica ntta ugual a zro Ion positivo o cation n p n p p p n n p p p p p n n n p n p n n Ion ngativo o anion Numro atomico (Z): n. ro di protoni Numro di massa (A): n. ro di protoni + n. ro di nutroni L proprità chimich di un atomo quindi il suo comportamnto, dipndono dalla configurazion dllo strato più strno di lttroni appartnnti ad sso.

19 Un nuclo è quindi carattrizzato da du numri v Un numro atomico v Un numro di massa Z numro di protoni A numro di protoni + numro di nutroni Un nuclo particolar carattrizzato da Z da A è anch chiamato nuclid rapprsntato con la sgunt notazion: Numro di massa Numro atomico Na Z=11 11 protoni (dfinisc l'lmnto Na) A= = 12 nutroni

20 Atomi i cui nucli hanno lo stsso numro di protoni ma divrso numro di nutroni sono dtti isotopi. Ad smpio l'idrogno ha tr isotopi: H H H idrogno 1 proton nssun nutron dutrio 1 proton 1 nutron trizio 1 proton 2 nutroni Gli lmnti prsnti in natura sono in gnr miscl di isotopi: Cloro 75,8 % Cl 24,2 % Cl

21 mass: proton nutron lttron carica lttrica: proton lttron quasi uguali (1) circa zro +1-1

22 QUANTO PESA UN ATOMO? UNITA DI MASSA PER GLI ATOMI S lo misurassimo in grammi, l atomo di H, il più piccolo, avrbb una massa di 1,6 x10-27 kg. Pr convnzion, si assgna un valor arbitrario (12) alla massa dll atomo più diffuso (isotopo 12 dl Carbonio) si confrontano con qusta massa l mass dgli altri atomi. L unità di massa atomica (u.m.a.) è pari ad un dodicsimo dlla massa di un atomo di 12 C Pr dfinizion tal atomo di carbonio possid una massa satta 12 u.m.a. 1 u.m.a. = 1,66 x g Tal massa è chiamata unità di massa atomica (u.m.a.) o quivalntmnt Dalton (Da).

23 Pso atomico= massa atomica mdia di un lmnto allo stato natural sprsso in unità di massa atomica Qualsiasi massa atomica quindi, è rapportata alla massa prsa com rifrimnto (u.m.a.); prtanto la massa atomica è una grandzza rlativa, di consgunza il valor numrico è puro, adimnsional. Massa atomica in g Massa atomica di rifrimnto Massa atomica rlativa H : x g / 1.66 x g O : x g / 1.66 x g U : x g / 1.66 x g

24 PESO MOLECOLARE Pr MOLECOLA si dv intndr la più piccola unità discrta, costituita da 2 o più atomi uguali o divrsi, ch mantin l stss carattristich chimich dl composto, ad s. H 2 O, NH 3, C 6 H 12 O 6. Il pso molcolar (massa molcolar) di una sostanza è la somma di psi atomici di tutti gli atomi nlla molcola dlla sostanza. Esmpi: H 2 O PA(H)=1,0 u.m.a. PA(O)=16,0 u.m.a. CH 4 PM(H 2 O)=2 x 1,0 + 16,0 =18,0 u.m.a. H C 12 + H 4x1 4 = CH 4 16 C H H H pso molcolar = 16 u.m.a.

25 Pso Formula Pr composti costituti da un insim continuo di atomi si parla di formula mpirica, ch indica solo il tipo di atomi in qual rapporto sono prsnti, ssndo pr tali composti impossibil idntificar una singola molcola, caso ad smpio di composti ionici, ad s. NaCl, o dll struttur cristallin di mtalli. Pso Formula: somma di psi atomici di tutti gli atomi ch costituiscono la formula mpirica. Pso Molcolar somma dll mass atomich di tutti gli atomi ch costituiscono la molcola Pso formula Unità formula Molcola dl composto Unità formula ( NaCl ) dl composto molcolar mtano, CH 4 ionico Cloruro di Sodio La molcola sist com ntità sparata, mntr l unità di formula consist in una coppia di ioni nuclata dal grand insim ordinato di tutti gli ioni nl cristallo

26 MOLE E MASSA MOLARE DEFINIZIONE DI MOLE Si dfinisc MOLE la quantità (sprimibil in grammi) di matria ch contin un numro fisso di atomi, o di molcol o di ioni, chiamato numro o costant di Avogadro (N A ) N (NUMERO DI AVOGADRO) : = x ,0 mol di atomi di carbonio = 6, atomi di carbonio 1,0 mol di molcol di ossigno = 6, molcol di ossigno 1,0 mol di lttroni = 6, lttroni La mol è una dll unità fondamntali dl S.I., prcisamnt è l unità di sostanza il suo simbolo è mol.

27 MOLE E MASSA MOLARE La mol è la quantità di una data sostanza ch contin tant ntità lmntari (atomi, molcol, ioni) pari al numro di atomi prsnti in 12 g satti di 12 C. 12 g satti di 12 C contngono 6.02 x atomi di carbonio (costant di Avogadro) La massa di una mol di atomi di un lmnto puro sprssa in grammi è numricamnt ugual al pso atomico di qull lmnto sprsso in unità di massa atomich. Essa è anch chiamata massa molar dll lmnto; l unità di misura è grammi/mol anch scritta com g/mol o g x mol -1.

28 Massa molar La massa di una mol (MM) di qualunqu lmnto o molcola è pari alla sua massa atomica o molcolar sprssa in grammi Stss moli non significa stss mass!!!

29 Dtrminazion dl numro di moli In pratica, pr calcolar il numro di moli di una sostanza si usa la formula: RELAZIONE MASSA MOLARE m (massa in grammi di un atomo) = MASSA ATOMICA O MOLECOLARE X (Massa in g di una mol) N (numro di Avogadro) m (gr) X (massa atomica in Dalton) = u.m.a. (1.66 x g) Es.: SACCAROSIO 342,3 (Massa in g di una mol) 6,022 x (numro di Avogadro) = 5,68 x (massa in grammi di una molcola di saccarosio) 5,68 x u.m.a. (1.66 x g) = 342,2 (massa molcolar in Dalton)

30 DALL ATOMO AGLI IONI: L ENERGIA DI IONIZZAZIONE E L AFFINITA ELETTRONICA Gli atomi in particolari condizioni possono acquistar o prdr lttroni, pr raggiungr una maggior stabilità. Ion positivo o cation Ion ngativo o anion IONE: atomo ch non contin protoni d lttroni in gual numro, ch prciò possid una o più carich lttrich positiv o ngativ. ENERGIA DI IONIZZAZIONE (E i ): nrgia ch occorr fornir a un atomo pr strappargli un lttron AFFINITA ELETTRONICA (E 0 ): nrgia ch un atomo libra quando associa a sé un lttron F F - + E 0 E 0 =3,45 V L affinità lttronica è tanto maggior quanto più piccolo è il volum atomico. Quanto più piccolo infatti è l atomo, tanto più vicino al nuclo si collochrà l lttron acquisito tanto maggior sarà la quantità di nrgia librata.

31 LA MODERNA TAVOLA PERIODICA L proprità fisich chimich dgli lmnti sono una funzion priodica dl loro numro atomico. Gli lmnti dlla modrna tavola priodica sono 118; la posizion di ciascun lmnto sulla tavola dipnd dal suo numro atomico (Z); Gli lmnti ch appartngono allo stsso priodo prsntano gli lttroni di valnza allo stsso livllo nrgtico. L proprità fisich chimich dgli lmnti appartnnti a una stssa riga (priodo) variano con gradualità. Gli lmnti ch hanno proprità chimich simili appartngono a una stssa colonna (gruppo).

32 RICORDARE CHE... ² Gli lttroni sono distribuiti intorno al nuclo in strati sfrici concntrici situati a vari distanz da sso. ² Qusti strati sono dtti anch orbit o livlli nrgtici rapprsntano l nrgia dgli lttroni. Più gli lttroni sono distanti, maggior è la loro nrgia. ² Rgola dll otttto: un atomo tnd ad acquistar o prdr lttroni fino ad ottnr un guscio lttronico strno complto (con 8 lttroni) ² L proprità chimich dgli lmnti dipndono dal numro di lttroni nl guscio strno. ² Tutti gli lmnti di uno stsso gruppo hanno l stss proprità chimich prché hanno lo stsso numro di lttroni nl guscio più strno. ² Sono qusti lttroni, infatti, ad ssr coinvolti nll razioni chimich nuclo

33 Gli lmnti ch chiudono i priodi sono i gas nobili, così chiamati pr la scarsissima rattività dovuta alla loro configurazion lttronica stabil.

34 TABELLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI Sono chiamati mtallici gli lmnti numro atomico carattrizzati da bassa affinità pr l lttron basso valor dlla nrgia di ionizzazion. IA Sono lmnti mtallici qulli dl primo dl scondo gruppo dlla tavola priodica. X Gas nobili Si dfiniscono non mtallici gli lmnti dl V-VII gruppo. VIIIA IIA Mtalli alcalini Attinidi Alcalini trrosi Lantanidi Mtalli Non mtalli Mtalli di tr. Alogni Gas nobili massa atomica IIIA IVA VA VIA VIIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB sri di lantanidi sri dgli attinidi Gli lmnti di transizion hanno carattr mtallico. Gli lmnti dl III gruppo hanno carattristich intrmdi vngonodfiniti lmnti anfotri.

35 Proprità dlla tavola priodica dgli lmnti ELETTRONEGATIVITA H 2,1 Si dfinisc lttrongatività la tndnza di un atomo in una molcola ad attrarr vrso di sé gli lttroni di lgam ch lo lgano ad un altro atomo di natura divrsa. Elmnto più lttrongativo Li 1,0 Na 1,0 B 1,5 Mg 1,2 diminuzion aumnto Scala dll lttrongatività scondo Pauling Cs F B 2,0 Al 1,5 C 2,5 Si 1,8 N 3,0 P 2,1 O 3,5 S 2,5 F 4,0 Cl 3,0 K 0,9 Ca 1,0 Sc 1,3 Ti 1,4 V 1,5 Cr 1,6 Mn 1,6 F 1,7 Co 1,7 Ni 1,8 Cu 1,8 Zn 1,6 Ga 1,7 G 1,9 As 2,1 S 2,4 Br 2,8 Rb 0,9 Sr 1,0 Y 1,2 Zr 1,3 Nb 1,5 Mo 1,6 Tc 1,7 Ru 1,8 Rh 1,8 Pd 1,8 Ag 1,6 Cd 1,6 In 1,6 Sn 1,8 Sb 1,9 T 2,1 I 2,5 Cs 0,8 Ba 1,0 La 1,1 Hf 1,3 Ta 1,4 W 1,5 R 1,7 Os 1,9 Ir 1,9 Pt 1,8 Au 1,9 Hg 1,7 Tl 1,6 Pb 1,7 Bi 1,8 Po 1,9 At 2,1 Fr 0,8 Ra 1,0 Ac 1,1 Elmnto mno lttrongativo

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37 LEGAME CHIMICO Gli atomi tndono a lgarsi spontanamnt fra di loro, pr formar molcol, ogni qual volta qusto procsso prmtt loro di ottnr una condizion di minor nrgia quindi una condizion di maggior stabilità dgli atomi lgati risptto a qulli libri. Qusto procsso dà luogo al lgam chimico. Enrgia A A A A formazion dl lgam rottura dl lgam A 2 nrgia nrgia Formazion di un lgam procsso sotrmico (librazion di nrgia) Rottura di un lgam procsso ndotrmico (assorbimnto di nrgia)

38 Si dfinisc ENERGIA DI LEGAME la minima nrgia ch bisogna applicar, partndo dalla distanza di lgam, pr allontanar a distanza infinita tra di loro du atomi. Ogni lgam tra atomi coinvolg,in un modo o nll altro, gli lttroni prifrici, dtti ELETTRONI DI VALENZA, dll atomo stsso. ESEMPIO: Orbitali dll atomo di azoto (N) lttroni dl guscio intrno 1S. lttroni dl guscio strno (numro quantico principal più alto) o lttroni di valnza.

39 Classificazion di lgami chimici Ionico (KCl, Na 2 SO 4 ) lgami Lgami intramolcolari (forti) Lgami intrmolcolari (dboli) Covalnt (Cl 2, NH 3 ) Mtallico (F, Cu, Zn ) Forz di Van dr Waals Lgam ad idrogno Intrazioni ion-dipolo Intrazioni idrofobich Forza di lgami chimici 787 Na + Cl - Lgam ionico

40 NUMERO DI OSSIDAZIONE Il numro di ossidazion di un lmnto (atomo) in una molcola corrispond alla carica formal ch acquistrbb l atomo dopo avr distribuito gli lttroni di suoi lgami chimici sull atomo più lttrongativo. Es.: H 2 O O ridistribuzion N oss (O) : 6-8 = -2 N oss (H) : 1-0 = +1 H H Rgola smplic : N oss = numro dgli lttroni di valnza dll atomo - numro dgli lttroni ch complssivamnt troviamo sull atomo dopo la ridistribuzion Altro Es.: HCl Cl ridistribuzion H N oss (Cl) : 7-8 = -1 N oss (H) : 1-0 = +1

41 I lgami tra gli atomi (intramolcolari) Nl lgam covalnt ciascun atomo mtt in comun con l altro uno o più lttroni dl suo strato più strno.

42 I lgami tra gli atomi (intramolcolari) Ni lgami covalnti polari un atomo è mno lttrongativo dl suo «compagno» rsta con una parzial carica positiva (δ+). L atomo più lttrongativo sarà invc dotato di parzial carica ngativa (δ ). La molcola dll acqua è polar.

43 I lgami tra gli atomi (intramolcolari) Nl lgam ionico uno di du atomi è talmnt più lttrongativo ch si appropria di uno o più lttroni dll altro.

44 I lgami tra gli atomi (intramolcolari) I composti ionici contngono ioni di carica opposta ch si attraggono ch grazi a lgam ionici formano cristalli dotati di particolari simmtri.

45 I lgami tra molcol (intrmolcolari) Il lgam (o pont) idrogno si forma tra molcol ch prsntano una fort polarità, un atomo di idrogno è sd di una parzial carica positiva. Tin unit l molcol d acqua allo stato solido liquido. Molcola polar: molcola ch a causa dlla diffrnt lttrongatività dll su componnti avrà una part carica ngativamnt una positivamnt. Molcola apolar: molcola in cui non ci sono diffrnz di carich nll divrs zon dlla molcola. L molcol polari tndono a ssr solubili a misclarsi tra di loro prchè si crano di ponti idrogno tra gli idrogni positivi l'ossigno ngativo di una altra molcola (s. acqua).

46 I lgami tra molcol (intrmolcolari) Forz ch tndono a riunir molcol o gruppi non polari quando si trovano a contatto con molcol polari, com ad smpio l acqua. L intrazioni idrofobich fanno in modo ch molcol (o gruppi atomici) apolari si avvicinino tra loro, vitando il contatto con l acqua. L forz idrofobich sono importanti nllo stabilizzar la struttura tridimnsional di dtrminat macromolcol di rilvant intrss biologico com gli acidi nuclici l protin.

47 LE SOLUZIONI Sono miscl omogn di du o più sostanz (in forma di molcol, atomi, ioni) di cui qulla prsnt in quantità maggior è dfinita solvnt, l altr soluti. possono ssr solid (lgh) liquid ariformi

48 L soluzioni Componnti: Sostanz ch compongono la soluzion Solvnt: Componnt prdominant Soluti: Componnti prsnti in quantità minori Soluto A Soluto B Solvnt Soluto C L proprità dll soluzioni non dipndono dall quantità assolut di ciascun componnt quanto dai rapporti tra l quantità di vari componnti ovvro dall quantità rlativ di vari componnti l concntrazioni

49 LE SOLUZIONI Modi di sprimr la concntrazion di una soluzion Molarità Molalità Normalità Prcntual pso/volum Prcntual volum/volum Osmolarità Matraccio: srv a misurar i volumi dll soluzioni Modi di sprimr la composizion di un sistma (miscla) (non è spcificato il volum) Frazion molar Prcntual pso/pso Parti pr milion ( ppm µg/g )

50 Modi pr sprimr la concntrazion La concntrazion si può sprimr in vari modi: Molarità: E dfinita dall moli di soluto disciolt in un litro di soluzion (solvnt + soluto) M = moli (soluto) V(L)( soluzion) n moli = Molarità (mol) x V(L) L Prcntual in massa (% m/m): indica la quantità in grammi di soluto disciolta in 100 g di soluzion. Prcntual in volum (% V/V): indica il volum in cm 3 di soluto disciolto in 100 cm 3 di soluzion Prcntual pso/volum (% W/V): indica i grammi di soluto disciolti in 100 ml di soluzion

51 Solubilità saturazion Solubilità: proprità di una sostanza di scioglirsi in un'altra a una data tmpratura prssion, dando luogo a una soluzion; massima quantità di un soluto ch in tali condizioni si sciogli in una data quantità di solvnt, formando in tal modo un'unica fas con sso. Saturazion: quando il solvnt ha dissolto tutto il soluto possibil d una part rsta non disciolta la soluzion è dtta satura. Una soluzion satura rapprsnta il limit dlla capacità dl soluto a scioglirsi in una data quantità di solvnt. E quindi una misura natural dlla solubilità dl soluto, dipnd da: - natura dl solvnt - tmpratura - prssion (pr i gas)

52 Equilibrio dinamico in una soluzion satura Una soluzion è satura quando il numro dll particll di soluto ch lasciano la loro posizion nl rticolo cristallino è ugual, nll unità di tmpo, a qullo dll particll ch ritornano a far part dl solido. A qusto punto il solido non si sciogli più riman dl corpo di fondo. La quantità di soluto, pr unità di solvnt, ncssaria a formar una soluzion satura, rapprsnta la sua solubità. Si è raggiunto uno stato di quilibrio dinamico: una trasformazion continua ad avvnir, ma contmporanamnt ha luogo, con la stssa vlocità, la trasformazion in snso contrario.

53 Osmosi L osmosi è un procsso ch consist nl passaggio dll molcol dl solvnt da una soluzion più diluita ad una più concntrata quando tra ss è posta una particolar mmbrana, dtta mmbrana smiprmabil, capac di lasciarsi attravrsar solo dall molcol dl sovnt non da qull dl soluto. molcola dl soluto molcola dl solvnt

54 PRESSIONE OSMOTICA La prssion da applicar pr prvnir l aumnto di volum è prtanto una misura dlla prssion osmotica dlla soluzion Mmbrana smiprmabil: passaggio di solo solvnt (H 2 O), s. part cllular di animali vgtali. Quando solvnt soluto sono sparati da una mmbrana smiprmabil l molcol dl solvnt tndono a spostarsi vrso la soluzion dov sono mno concntrat (osmosi). Il volum dlla soluzion aumnta quindi diminuisc la concntrazion di soluto. La prssion osmotica è qulla ch si dv applicar pr impdir l aumnto dl volum dlla soluzion.

55 Efftto dll osmosi sui ctrioli l prugn

56 CONSEGUENZE DELLA VARIAZIONE DELLA PRESSIONE OSMOTICA SULLE CELLULE

57 CONSEGUENZE DELLA VARIAZIONE DELLA PRESSIONE OSMOTICA SULLE CELLULE Soluzion fisiologica: 0.9 %(m/v) NaCl (soluzion salina isotonica) Sol. Isotonica (0.9 %) Sol. Iprtonica (1.5 %) Sol. Ipotonica (0.4 %)

58 LE REAZIONI CHIMICHE In una razion chimica gli atomi dll sostanz ch ragiscono, si ricombinano fra loro formando nuov sostanz scambiando nrgia; in altr parol: l sostanz prsnti all'inizio dlla razion, chiamat ragnti, si trasformano in altr sostanz, con carattristich diffrnti da qull di ragnti, ch vngono chiamati prodotti. Nll razioni chimich si considra valida la lgg di Lavoisir: nl corso di una razion chimica la somma dll mass di ragnti è ugual alla somma dll mass di prodotti. In altr parol, nl corso di una razion chimica la matria non si cra non si distrugg

59 Considrando ad smpio, la sgunt razion : 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) si dfinisc VELOCITÀ DI REAZIONE la diminuzion nl tmpo dlla concntrazion di ragnti o all opposto, l aumnto nl tmpo dlla concntrazion di prodotti. prodotto prodotto ragnt

60 Pr mccanismo di razion si dv intndr il prcorso ch l molcol di ragnti dvono sguir pr ssr convrtit in qull di prodotti. Una razion può avvnir in un unico stadio, ad s. A B Oppur in più stadi, ad s. A B C D Ogni stadio è dtto procsso lmntar Nl mccanismo di razion a più stadi, lo stadio ch dtrmina la vlocità global dlla razion è qullo più lnto. L ordin di razion ci dic s la vlocità di una razion dipnd dalla concntrazion di : un solo ragnt (I ordin), du o più ragnti (II, III, tc.), nssuno (ordin 0) nl procsso lmntar più lnto!!!

61 1 a tappa 2 a tappa Stadio limitant la vlocità dll intro prcorso (Vl.)2 a tappa <<<< (Vl.)1 a tappa

62 Toria dgli urti produttivi L molcol di ragnti dvono urtarsi con una crta nrgia scondo un crto angolo pr scindr i lgami vcchi formarn di nuovi pr dar i prodotti. O H 2 2 H 2 O A tmpratura costant, la vlocità dlla razion è proporzional alla concntrazion di ragnti. L nrgia minima richisto affinchè l urto dia luogo alla razion chimica è dtta nrgia di attivazion, E a, dipnd dalla particolar razion considrata. L collisioni tra l molcol di ragnti dvono avvnir con un corrtto orintamnto (fattor strico), in manira tal da favorir la formazion dl complsso attivato.

63 Enrgia di attivazion Enrgia sistma Ogni razion, pr avviarsi, ncssita dll nrgia di attivazion Tmpo pr far suprar al sistma chimico la collina ch gli impdisc il passaggio da ragnti a prodotti

64 aumnta l nrgia cintica dll molcol di ragnt, quindi, la probabilità dgli urti produttivi L nrgia di attivazion prmtt la formazion dl composto intrmdio, ricco di nrgia instabil

65 ragnt prodotto COMPLESSO ATTIVATO Il complsso attivato è un composto intrmdio tra i ragnti i prodotti, Quando ancora non si sono scissi i lgami nll molcol di ragnt Enrgia sistma Ma non si sono ancora stabilizzati i lgami propri dll molcol di prodotto Tmpo

66 complsso aevato (instabil prché ad alta nrgia) CO CO 2 NO 2 NO

67 Vlocità di razion sprssa com Variazion nl tmpo dll concntrazioni di ragnti [ragnti] o [prodotti] Ragnti Prodotti tmpo Carattristich di ragnti ch influnzano la vlocità di razion Natura chimica Stato di aggrgazion Tmpratura Prssion Concntrazion

68 CONCENTRAZIONE DEI REAGENTI Concntrazion ragnti Quanto è maggior la concntrazion di ragnti tanto più vloc è la razion. A mano a mano ch la razion prosgu l concntrazioni di ragnti diminuiscono la vlocità di razion diminuisc in proporzion. Quando non ci sono più ragnti, la vlocità è pari è zro la razion ha trmin vlocità

69 CATALIZZATORI Sostanz in grado di dtrminar un aumnto dlla vlocità di razion, snza modificarn la trmodinamica (la costant di quilibrio non cambia). Pur partcipando alla razion (lgano ragnti prodotti) non vngono consumati nl corso dlla razion Ragnti Prodotti 80 [ragnti] o [prodotti] Razion normal Razion catalizzata tmpo

70 EFFETTO DEL CATALIZZATORE La barrira è stata abbassata lago con ond ltto asciutto dl fium formazion dl ruscllo Razion non catalizzata: l ond non sono sufficintmnt grandi da sormontar la barrira Razion catalizzata: l ond spsso sormontano la barrira L azion dl catalizzator consist appunto nll abbassar tal barrira, cioè considrando la toria dll collisioni, nl ridurr il valor dll nrgia di attivazion E a

71 ** Un catalizzator abbassando** l nrgia di attivazion di una razion prmtt di rclutar, alla stssa tmpratura, un maggior numro di molcol dotat di nrgia sufficint a raggiungr lo stato di transizion. in raltà l affrmazion abbassar l nrgia di attivazion è smplicistica. Qullo ch accad in raltà, è ch il catalizzator fornisc una via altrnativa al cammino di razion, un mccanismo di razion diffrnt, in cui l nrgia di attivazion risulta più bassa risptto all nrgia di attivazion dlla razion non catalizzata. Gli nzimi sono catalizzatori biologici strmamnt fficinti Gruppo prosttico m Atomo di F Struttura tridimnsional dlla catalasi di ritrocita umano

72 REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE (REDOX) Composto A ridotto (agnt riducnt) F A è ossidato, prd l/roni (n. ossidazion aumnta) A - - B Composto B ossidato (agnt ossidant) Cu ++ B è rido/o, acquista l/roni (n. ossidazion diminuisc) Composto A ossidato F ++ A B - - Composto B ridotto Cu A H+ - A è ossidato, prd atomi di idrogno Una razion di ossidoriduzion comporta smpr il trasfrimnto di lttroni da una sostanza ch si ossida (riducnt) ad una ch si riduc (ossidant). - H+ Il numro dgli lttroni ch sono cduti dalla sostanza riducnt dv ssr ugual al numro dgli lttroni ch sono acquistati dalla sostanza ossidant. Razioni di ossidoriduzion di intrss biochimico B A B H+ - H+ - B è rido/o, acquista atomi di idrogno

73 ACIDI BASI Acidi basi sono tra l sostanz più comuni prsnti in natura sono normalmnt prsnti nll nostr cas. A B Acidi soluzioni acid (A) basi soluzioni basich (B) sono comunmnt utilizzati pr la pulizia dlla casa nl sttor alimntar.

74 ACIDI BASI ACIDO: BASE: 74

75 ACIDI BASI ACIDO SOLFORICO H 2 SO 4 ACIDO CLORIDRICO HCl IDROSSIDO DI SODIO NaOH

76 LE TEORIE SUGLI ACIDI E SULLE BASI Tutti gli acidi l basi in soluzion si dissociano in ioni quindi sono lttroliti. Possono ssr, prò, lttroliti forti o dboli, cioè possono dissociarsi molto o poco. Acidi basi ch in acqua sono molto dissociati sono dtti acidi forti basi forti. Acidi basi ch in acqua sono parzialmnt dissociati sono dtti acidi dboli basi dboli. Valitutti,Tifi, Gntil, Esploriamo la chimica Zanichlli ditor

77 77

78 AUTOIONIZZAZIONE DELL ACQUA L acqua è una sostanza anfotra (scondo Bronstd Lowry può cdr o acquistar protoni), prtanto si può avr una razion di autoionizzazion (l quilibrio comunqu è molto spostato a sinistra) : H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - smplificando possiamo anch scrivr : H 2 O H + + OH - K w = [H + ][OH - ] = a 25 C in acqua pura: [H + ]=[OH - ] = 10-7 M Prodotto ionico dll acqua (costant a tmpratura costant) Quando in una soluzion acquosa : [H + ] = [OH - ] = 10-7 M la soluzion è dtta nutra [H + ] > [OH - ] ; [H + ] > 10-7 M [OH - ] < 10-7 M la soluzion è dtta acida [H + ] < [OH - ] ; [H + ] < 10-7 M [OH - ] > 10-7 M la soluzion è dtta basica

79 LE SOLUZIONI ACQUOSE L soluzioni nutr contngono H + OH in ugual quantità L soluzioni acid contngono una quantità di H + maggior dgli OH L soluzioni basich hanno gli OH ch prvalgono sugli H +

80 Pr vitar di sprimr la [H + ] con numri molto piccoli, Sornsn introduss il conctto di ph, ( la notazion p driva fors dal tdsco potnz ) dfinito com: ph = - log [H + ] = log 1/[H + ] da cui [H + ] = 10 -ph L acidità la basicità dll soluzioni non è sprssa tramit la concntrazion molar dgli ioni H 3 O dgli ioni OH, ma tramit il ph il poh. Il ph di una soluzion è il logaritmo ngativo in bas 10 dlla concntrazion dllo ion ossonio, cioè ph = log 10 [H 3 O + ]. Il poh di una soluzion è il logaritmo ngativo in bas 10 dlla concntrazion dllo ion idrossido, cioè poh = log 10 [OH ]. Poiché il prodotto ionico dll acqua K w è costant in tutt l soluzioni, d è ugual a 10-14, pr tutt l soluzioni i valori di ph poh dvono ssr tali ch la loro somma sia ugual a 14: ph + poh = pk w = 14 Una soluzion è acida s il ph è minor di 7, nutra s il ph è ugual a 7, basica s il ph è maggior di 7.

81 LE SOLUZIONI Nlla scala dl ph il valor cntral (ph = 7) corrispond alla nutralità. Nll soluzioni acid il ph è minor di 7, la concntrazion dgli H + è lvata. Nll soluzioni basich il ph è maggior di 7, la concntrazion dgli OH è lvata.

82 SOLUZIONI TAMPONE Si dfiniscono soluzioni tampon qull soluzioni il cui ph non varia in manira apprzzabil all aggiunta di modrat quantità di acido o di bas, anch fort. S ad un litro di acqua pura vngono aggiunt 0,01 moli di HCl il ph varia da 7 a 2 (ph=log(0,01) =2,0), ovvro di 5 unità. L aggiunta dlla stssa quantità di HCl ad un litro di soluzion tampon può far variar il ph di circa 0,1 unità. Pr qusto motivo l soluzioni tampon sono molto importanti, anch a livllo biologico. Pr smpio il sangu è una soluzion tampon d ha un ph di circa 7,4 la sua funzion di trasportator di ossigno risultrbb compromssa s tal valor dovss variar. ph Sistma snza tampon ph Sistma con tampon intrvallo di tamponamnto Equiv. di OH - aggiunti Equiv. di OH - aggiunti

83 I tamponi possono ssr costituiti da: - un acido dbol la sua bas coniugata (s. HCN/CN - ) - una bas dbol il sua acido coniugato (s. NH 3 /NH 4+ ) Una soluzion tampon contin quindi una coppia acido-bas coniugata cioè un acido la sua bas coniugata in quilibrio fra di loro. All aggiunta di un acido o di una bas fort l quilibrio si sposta dalla part dlla bas o dll acido dboli ch costituiscono il tampon assorbndo così l ccsso di ioni H + o di OH -. Ogni razion acido-bas scondo Brønstd-Lowry richid il trasfrimnto di un idrognion da un acido a una bas prsnta du coppi coniugat acido-bas

84 Tamponar il ph di liquidi biologici è strmamnt important! Gli organismi dvono mantnr il ph, all intrno dll cllul nlla maggior part di fluidi corpori, in un ambito ristrtto,comprso tra Il principal sistma tampon intracllular nll urin è il sistma tampon dl fosfato H 2 PO 4- /HPO 4 - (pka=7.2). MORTE ACIDOSI NORMALE ALCALOSI MORTE Ad smpio variazioni dl ph ma0co di solo 0.1 unità di ph (rispro al suo op0mum ch è di 7.36) portano a sta0 patologici (acidosi o alcalosi). Variazioni di unità sono fatali. I sistmi tampon prsnti nl sangu sono: 1. Sistma tampon acido carbonico/bicarbonato (H 2 CO 3 /HCO 3- ), (pk a =6.37). In tal sistma tampon è important la prssion parzial di CO 2 nlla fas gassosa. 2. Emoglobina0 (Hb/Hb - ), protin ritrocitari ch prsntano gruppi dbolmnt acidi o basici. 3. Sistma tampon diidrogno fosfato/monoidrogno fosfato (H 2 PO 4- /HPO 4 2- ), (pk a =7.2).

85 Sistma tampon acido carbonico/bicarbonato (sistma aprto) polmoni CO 2 (g) S vi è un aumnto di OH -, qusti sono nutralizzati dagli H + formando H 2 O; gli H + utilizzati sono rimpiazzati dalla dissociazion di altro H 2 CO 3 ch si forma a sps dlla risrva di CO 2. H 2 O + CO 2 (d) Anidrasi carbonica 20 OH - H 2 O 1 H 2 CO 3 HCO H + S vi è un aumnto di H +, qusti sono nutralizzati da HCO 3 - formando H 2 CO 3 ; l ccsso di CO 2 prodotto arriva ai polmoni librato infin all strno. H + HCO 3 - rni Iprvntilazion aumnto rilascio CO 2 dai polmoni alcalosi Enfisma, Asma, Diabt aumnto di CO 2 nl sangu acidosi