Prof.ssa Tiziana Bellini

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1 Chimica Medica a cosa serve? 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 chimiche Ma quale chimica? 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. Ma tutti questi argomenti non per sè 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 Energia: attitudine a compiere un lavoro Struttura: organizzazione della costituzione intima della materia Proprietà: grandezze fisiche rilevabili dai nostri sensi o misurabili con opportune apparecchiature 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 La meccanica quantistica, a differenza di quella classica, è una teoria probabilistica, quindi non dice che gli elettroni vivono su orbite fisse, ma fornisce la probabilità di trovarli ad una certa distanza dal nucleo. Il valore più probabile, per ogni orbita, coincide con quello trovato con il modello semiclassico NON PIU ORBITE MA ORBITALI LE DIMENSIONI, LA FORMA E L ORIENTAMENTO DEGLI ORBITALI SONO DESCRITTI DAI NUMERI QUANTICI

5 RIASSUMENDO le varie teorie atomiche

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

8 1s 2s 3s 2p 3p 3d Regola della diagonale Gli elettroni si dispongono in ordine di energia crescente 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p

9 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

10 Principio di esclusione di Pauli gli elettroni di un certo atomo non possono avere gli stessi numeri quantici. Pertanto ogni orbitale, essendo caratterizzato da tre numeri quantici, può accogliere non più di due elettroni con spin opposto, cioè in disposizione antiparallela Regola di Hund: Due elettroni nello stesso orbitale con spin antiparallelo esercitano una repulsione maggiore che due elettroni con lo stesso spin in orbitali distinti della stessa energia. Distribuzione degli elettroni nei vari strati: aufbau ( dal tedesco costruzione) consiste nel costruire la successione degli atomi, così come prevista dalla tavola periodica degli elementi, partendo dall'atomo più semplice (idrogeno) e aggiungendo progressivamente un protone al nucleo atomico e un elettrone al mantello elettronico, trascurando i neutroni che si aggiungono via via al nucleo per assicurarne la stabilità, ma che non hanno nessuna rilevanza nei confronti delle proprietà chimiche dei vari elementi.

11 PER COSTRUIRE IL SISTEMA PERIODICO SI SEGUONO 3 REGOLE II Sistema Periodico moderno è stato co struito 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).

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

13 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

14 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

15 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, quindi in un atomo neutro il numero dei protoni è sempre uguale a quello degli elettroni. Gli elettroni si trovano in zone dello spazio intorno al nucleo chiamate orbitali.

16 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. 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.

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18 Quanto pesa 1 molecola di idrogeno? 1 uma Quanto pesa 1 mole di atomi di idrogeno? 1 g Quanto pesa 1 mole di molecole di idrogeno? 2 g

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

20 La Tavola Periodica

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

22 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

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24 CONCETTI BASE IMP!!! 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) 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)

25 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

26 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.

27 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).

28 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?