per questo si studia la Chimica

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1 Per poter seguire, comprendere, apprezzare ed utilizzare i contributi delle discipline biomediche, come la patologia, la farmacologia, la biologia molecolare e la biochimica occorre conoscerne le basi, che sono basi molecolari, cioè le basi chimiche per questo si studia la Chimica Ma quale chimica e a che serve? Una Chimica Medica cioè la chimica che deve servire per lo studio specifico, cioè alcuni argomenti di base che verranno continuamente applicati nelle altre discipline biomediche e mediche: le proprietà dei gas, dei liquidi, delle soluzioni, I principi su cui si basa l omeostasi biologica, le diluizioni dei farmaci, i fenomeni di membrana, le proprietà fondamentali di alcuni tipi di composti. Tutti questi argomenti non per sé stessi, ma in funzione delle loro applicazioni mediche.

2 La chimica è la scienza che studia la materia: la sua struttura le sue proprietà le sue trasformazioni le sue interazioni con l energia Materia: tutto ciò che ci circonda, che è dotato di massa e che occupa un volume Struttura della materia: organizzazione della costituzione intima della materia Proprietà della materia: grandezze fisiche rilevabili dai nostri sensi o misurabili con opportune apparecchiature Energia: attitudine a compiere un lavoro Sistema materiale: porzione di materia, oggetto del nostro studio. Può essere aperto, chiuso, isolato (lo vedremo in termodinamica)

3 atomo Nucleo, formato da protoni e neutroni Guscio di elettroni in movimento nucleo protoni + neutroni +- elettroni -

4 I vari modelli atomici sono:

5

6 il numero degli elettroni è sempre uguale al numero dei protoni, in un atomo neutro. Questo numero viene denominato Numero Atomico, Z. Il numero atomico si indica con Z ed identifica tutti gli elementi chimici: Z= 1 (Idrogeno); Z=2 (Elio); I protoni si trovano nel nucleo, che costituisce il cuore dell atomo, il loro numero (numero atomico) è costante per gli atomi che appartengono ad uno stesso elemento. Gli elettroni ed i protoni hanno carica uguale ma di segno contrario Gli elettroni si trovano in zone dello spazio intorno al nucleo chiamate orbitali.

7 Il numero di massa è uguale alla somma dei protoni e dei neutroni (nucleoni) e si indica con A. I neutroni, come i protoni, si trovano nel nucleo. Il numero dei neutroni può variare anche per atomi che appartengono ad uno stesso elemento, esso si indica con N. Gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero dei neutroni vengono chiamati isotopi.

8 Ad esempio l idrogeno è formato da tre isotopi: Il prozio che possiede un elettrone ed un protone. Il deuterio che possiede un elettrone, un protone ed un neutrone. Il trizio che possiede un elettrone, un protone e due neutroni.

9 Gli elettroni si trovano in zone dello spazio intorno al nucleo chiamate orbitali. NON PIU ORBITE MA ORBITALI LE DIMENSIONI, LA FORMA E L ORIENTAMENTO DEGLI ORBITALI SONO DESCRITTI DAI NUMERI QUANTICI un ORBITALE è definito dai TRE numeri quantici: Principale (livello energetico dell orbitale) Angolare (forma orbitale) Magnetico (orientamento dell orbitale nello spazio) può ospitare al massimo due elettroni che differiscono tra loro per il numero magnetico di spin, cioè hanno disposizione antiparallela (Principio di esclusione di Pauli). Gli elettroni tendono a mettersi con spin paralleli nel massimo numero di orbitali isoenergetici disponibili, perché più stabili (regola di Hund)

10 E 3s 3 d 3 p 2s 2p 1s Gli elettroni occupano sempre gli orbitali a più bassa energia!

11 1s 2s 2p Regola della diagonale Gli elettroni si dispongono in ordine di energia crescente 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p

12 1s 2 Ar Z= 18 2s 2 2p 6 Esempi di strutture elettroniche 3s 2 3p 6 1s 2 S Z= 16 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

13 PER COSTRUIRE IL SISTEMA PERIODICO SI SEGUONO 3 REGOLE II Sistema Periodico moderno è stato costruito sulla base della struttura degli atomi, e gli elementi sono stati disposti secondo le seguenti tre regole: 1. n" atomico Z crescente 2. n quantico principale crescente, ogni volta che il n quantico aumenta si va da capo. 3. energia crescente degli orbitali: (per questa ragione gli orbitali 3d si riempiono dopo l'orbitale 4s).

14 Gli elementi sono costituiti da Atomi e sono classificati nella Tavola Periodica degli Elementi

15 Yb Tm Er Ho Dy Tb Gd Eu Sm Pm Nd Pr Ce La No Md Fm Es Cf Bk Cm Am Pu Np U Pa Th Ac Gas Liquidi Lr Lu 118 Uuu Uun Mt Hs Bh Sg Db Rf Ra Fr Rn At Po Bi Pb Tl Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf Ba Cs Xe I Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Sr Rb Kr Br Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc Ca K Ar Cl S P Si Al Mg Na Ne F O N C B Be Li He H Solidi

16 IL VOLUME, E QUINDI IL RAGGIO DI UN ATOMO SONO DETERMINATI DAL VOLUME DEGLI ORBITALI PIÙ' ESTERNI II volume atomico è il volume occupato dagli orbitali più esterni di un atomo. Il volume atomico aumenta nel gruppo (perché aumenta il n quantico principale) e diminuisce nel periodo (perché nel nucleo vi sono più protoni che attirano gli elettroni estemi). Quando 2 atomi sono legati con un legame covalente, per raggio covalente (detto anche raggio atomico) di un atomo si intende la metà della distanza tra il nucleo dell'atomo preso in considerazione e il nucleo dell'altro atomo

17 Quanto pesa 1 atomo di idrogeno? 1 uma Quanto pesa 1 mole di atomi di idrogeno? 1 g Quanto pesa 1 mole di molecole di idrogeno? 2 g

18 Numero atomico Massa atomica 8 15,9994 Ossigeno 3,5 13,61 Elettronegatività Prima ionizzazione (ev) 0,66 [He] 2s 2 2p 4-2 Numeri di ossidazione Raggio atomico (Å)

19 La Tavola Periodica

20 la maggior parte degli organismi è costituito da sei elementi: C, H, O, N, P, S (97% )

21 Cosa fa sì che questi elementi H, O, C e N siano così idonei per la chimica della vita? La loro capacità di formare legami covalenti Versatilità del carbonio

22 Gli ioni metallici come cofattori

23 CONCETTI BASE Massa (è la resistenza del corpo all accelerazione caratteristica costante del corpo e dipende dalla quantità di materia in esso contenuta) Peso ( forza con cui un corpo è attratto sulla terra dalla gravità) Peso = massa x accelerazione di gravità ( i valori numerici delle unità di misura Kg peso e Kg massa sono praticamente identici per cui parleremo di peso e massa in ugual modo) IMP!!! PESO ATOMICO ( peso medio di un atomo di quel elemento dipende dal N di massa e dalle percentuali relative con cui i vari isotopi sono presenti in natura) MOLE è quella quantità di sostanza che contiene 6,022x10 23 unità chimiche elementari (N Avogadro ) (atomi, molecole, ioni, gruppi di ioni o di atomi, protoni, elettroni, ecc.) Il Numero di Avogadro è definito come il numero di atomi che sono contenuti in 12 g (numero esatto) del nuclide 12 C (si rammenti che 12 C = 12 è la base di riferimento dei pesi atomici). Siccome questo è il numero di unità chimiche contenuto in ogni mole, NA ha unità di misura mol -1 ed è indicato più propriamente come Costante di Avogadro: NA = 6, x10 23 mol -1 DENSITA è la concentrazione della materia = m / V (g/ml)

24 Massa e Peso specifico Comunemente il termine peso specifico è usato impropriamente come sinonimo di densità e per questo si trova molto spesso indicato come g/cm 3 o kg/dm 3. In questo caso i grammi sarebbero da intendersi secondo un'obsoleta definizione di grammi peso, non grammi massa, dove 1 grammo peso è il peso di 1 grammo massa in condizioni di accelerazione di gravità standard. La differenza è sottile e per la verità all'atto pratico la si può spesso ignorare, ma è opportuno tener presente che mentre la densità è un rapporto tra una massa e un volume, il peso specifico è un rapporto tra un peso (quindi una forza) e un volume

25 Es.. Esame Urine Collegamenti con la clinica Attraverso il peso specifico si misura la capacità dei reni di concentrare e di diluire l'urina. Esiste una relazione tra il Peso Specifico e la concentrazione totale dei soluti all interno dell urina Densità / peso specifico E influenzata dalla presenza di grosse molecole nelle urine (glucosio, proteine, farmaci, elettroliti). Valuta il potere di concentrazione del rene.

26 Densità / PESO SPECIFICO Valori normali ( variano da 1,003 a 1,03) si misura Kg/dm 3 o solitamente si usa g/l quindi g/l Il peso specifico delle urine dipende dalla quantità di sostanze in esse disciolte; tra queste, il contributo principale è fornito da urea, azoto, cloruro di sodio e vari minerali, oltre a sostanze "anomale" come glucosio e proteine. Perciò, tanto più le urine sono concentrate e tanto maggiore risulta il loro peso specifico; se beviamo molto, ad esempio, il volume urinario aumenta ed il peso specifico diminuisce; viceversa, in condizioni di marcata disidratazione l'urina risulta più concentrata ed il peso specifico è superiore. Densità (Peso Specifico) dell URINA È l'esame che mostra la capacità renale a mantenere l'equilibrio fra elettroliti e liquido nell'urina (Omeostasi). I valori di PS. devono essere contenuti tra g/l In caso di aumento del PS. si può ipotizzare: Diabete mellito scompensato (a causa del glucosio nelle urine). Ostruzione delle vie urinarie. ipoperfusione urinaria, ipersecrezione di ADH, Glomerulonefrite. In caso di diminuzione del PS. si può ipotizzare: Diabete insipido nefrogenico. Insufficienza renale cronica. Tubulopatia renale. Patologia ipofisaria (ridotta produzione dell'ormone antidiuretico).

27 Esercizi per la verifica di apprendimento IMP!! Una ricetta prescrive di somministrare ad un bambino una medicina nella quantità di 0.5 g per Kg di peso corporeo. Quanti cc di questa medicina che è 6 g/ml bisogna somministare se il paziente pesa 24 Kg? R 2cc Qual è la densità di una soluzione di un farmaco che pesa 4g ed è contenuto in una siringa da 2cc? R 2 L urina normale ha una densità di 1,03 kg/dm 3 (o 1030 g/l) Qual è il peso di 10 cc di campione di questa urina? Se ho tre campioni di urina di 10cc ciascuno che pesano 10.01g e 10,4g e 10.03g. Quale campione rappresenta l urina normale?

Prof.ssa Tiziana Bellini

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