La chimica e i colori

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1 La chimica e i colori

2 La Fenoftaleina e la luce La fenoftaleina è una sostanza (indicatore di ph) che in presenza di ambiente neutro o acido non assume alcun colore, mentre in ambiente basico si colora di rosa. Era contenuta nel

3 La Fenoftaleina e la Luce Come si può notare dalla reazione rappresentata a fianco la fenoftaleina in ambiente basico assume una struttura diversa rispetto ad un ambiente neutro. Nella struttura rappresentata a sinistra la fenoftaleina assorbe ed emette nel visibile, mentre nella struttura rappresentata a destra emette nell' UV, quindi invisibile all'occhio umano.

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5 Il legame a idrogeno Abbiamo studiato il legame a idrogeno grazie alla luce

6 Struttura H2O Le caratteristiche della molecola dell' H2O: E' una molecola polare con una debole carica positiva su H e negativa su O I legami formano un angolo di 104 5', forma piegata Vi sono su O due doppietti elettronici liberi (lone pair)

7 Il legame a H Tra le molecole dell'acqua si instaurano legami a idrogeno tra l'o, debolmente negativo, di una molecola di H2O e H, debolmente positivo, di un'altra

8 Le caratteristiche della molecola di H2O legate al legame a H Il ghiaccio galleggia sull'acqua allo stato liquido L'H2O ha un elevato punto di fusione e di ebollizione La sosta termica durante il riscaldamento dell'h2o La tensione superficiale La coesione e la adesione Elevata calore specifico

9 Densità dello stato solido rispetto allo stato liquido

10 Punto di fusione e di ebollizione insolitamente alti rispetto al peso molecolare

11 Calore di fusione e di vaporizzazione estremamente elevati

12 Tensione superficiale estremamente elevata

13 Adesione Coesione Capillarità

14 Calore specifico molto elevato

15 Il legame a H e le biomolecole Il legame a H è essenziale per la struttura delle proteine Il legame a H è presente tra i due filamenti del DNA Il legame a H si instaura tra i fosfolipidi della membrana cellulare e l'ambiente esterno Il legame a H si instaura tra i fosfolipidi della membrana cellulare e il citoplasma

16 Struttura secondarie delle proteine

17 Il Legame a H e il DNA

18 Il legame a H e le membrane cellulari

19 Piano Lauree Scientifiche 2017/18 in collaborazione con l'università Roma2 Tor Vergata Abbiamo studiato attraverso la spettrofotometria di assorbimento l'energia del legame a idrogeno

20 Lo spettrofotometro Lo spettrofotometro è uno strumento che attraverso la luce riesce a darci numerose informazioni: Sulla struttura delle molecole Sulla loro forma Sui legami intramolecolari Sui legami intermolecolari Sulla concentrazione di una sostanza in un dato campione

21 COS È LA LUCE? è l oscillazione di un campo elettrico e di un campo magnetico accoppiati (campo elettromagnetico) che si propaga alla velocità costante c = km/s

22 Le unità di misura per studiare la luce Frequenza: (si legge ni) e il numero di vibrazioni nell'unita di tempo si misura in s-1, chiamati Hertz (Hz) Lunghezza d'onda: λ (si legge lambda) e la distanza tra due punti adiacenti in fase (ad esempio tra due massimi consecutivi) si misura in m, μm, nm, Angstrom (A) [1μm=10-6 m, 1nm=10-9m, 1 A=10-10 m] Frequenza e lunghezza d'onda sono INVERSAMENTE PROPORZIONALI: λ = c/

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24 Spettri di emissione e di assorbimento I metodi di analisi spettrochimici sono basati sull'analisi dello spettro delle sostanze, il quale puo essere di emissione o di assorbimento:

25 SPETTROSCOPIA DI ASSORBIMENTO La spettroscopia di assorbimento permette, attraverso lo studio delle radiazioni assorbite e dell'intensità dell'assorbimento delle varie sostanze, di effettuare rapide e precise analisi sia qualitative sia quantitative.

26 Il nostro studio si e basato su osservazioni spettrofotometriche del comportamento dell'acetone + alcano e dell'acetone + H2O

27 Le caratteristiche delle molecole utilizzate L'acqua è una molecola polare Gli alcani sono molecole poco polari L'acetone è una molecola polare

28 L'acetone è una molecola polare e presenta un doppio legame acetone tra C e O, inoltre su O vi sono due doppietti liberi

29 Legame sull'acetone (inoltre su O vi sono due doppietti liberi)

30 Dagli orbitali atomici agli orbitali molecolari (Teoria dell'orbitale molecolare)

31 Teoria dell'orbitale molecolare (Mulliken e Hund 1932) La teoria dell'orbitale molecolare assume che gli elettroni in una molecola siano associati a tutti i nuclei che essa contiene, indipendentemente dall'atomo di provenienza. Teoria dell'ottetto (Lewis 1916): tendenza di un atomo a raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino Teoria VB (Valence Bond Linus Pauling): un legame fra due atomi si forma quando una coppia di elettroni con spin appaiati viene condivisa per parziale sovrapposizione di due orbitali atomici. E' quindi la possibilità di riempire orbitali esterni incompleti il motivo che spinge gli atomi a legarsi

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34 Negli orbitali di legame la nube elettronica è situata tra i due nuclei, mentre negli orbitali di antilegame la nube elettronica e situata esternamente. Quindi nel secondo caso la molecola ha più energia rispetto agli atomi separati e non si forma

35 A sinistra il grafico dell'energia per la molecola di Idrogeno H2 e a destra dell'elio E2 (la molecola di Elio non si forma)

36 Mettendo poche gocce di acetone, molecola polare, in un alcano come l'esano, molecola poco polare, e sottoponendo la soluzione ad una radiazione luminosa ad una determinata lunghezza d'onda uno dei due doppietti elettronici presenti sull'o dell'acetone va ad occupare un orbitale * di antilegame dell'acetone. Mentre mettendo poche gocce di acetone, molecola polare, in acqua,anch'essa molecola polare, il doppietto elettronico viene stabilizzato dal legame a idrogeno che si instaura tra l'h dell'acqua e l'o dell'acetone. Quindi quando la soluzione viene sottoposto alla luce andrà ad occupare l'orbitale * di antilegame dell'acetone, ma ci vorrà più energia.

37 Eccoci al lavoro ed ecco i risultati

38 Acetone + alcano e Acetone + H2O

39 Acetone + alcano il massimo assorbimento si ha =280nm

40 Acetone + H2O il massimo assorbimento si ha =266nm

41 Valori di massimo assorbimento per ogni solvente Solvente Lunghezza d onda assorbimento (nm)di massimo Metanolo Etanolo Esano Acqua 266.2

42 Trattamento dei dati

43 Trattamento dei dati L energia del legame idrogeno si può determinare considerando il diverso comportamento dell acetone nei vari solventi. In esano l acetone non forma legami idrogeno, mentre questa interazione è presente in acqua, per cui la differenza di energia delle transizioni nei due solventi corrisponde all energia del legame idrogeno. Quindi: E = hc (1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano)) erg

44 Trattamento dei dati E = hc (1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano)) erg riportiamo i dati in kcal/mol (1erg=2, kcal) Perciò la 1) diventa E = hc Na(1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano))(2, kcal/mol)= = 5,55 kcal/mol

45 Energia per rompere 1 mole di: Legami idrogeno 5,5 kcal/mol Legami covalenti 95,6 kcal/mol Legami ionici 95,6 kcal/mol Legami metallici 28,68 kcal/mol Forze di Van der Waals 2,4 kcal/mol

46 Piano lauree scientifiche 2017/2018 Hanno partecipato al PLS alcuni studenti delle classi: V^ F IV^ G V^ G V^ I V^ M V^ C guidati dalla prof.ssa Ventresca Felicetta e dalla prof.ssa Di Genova Anna Rita