ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica giugno 2013 PARTE DI CHIMICA Cognome:.......... Nome:.......... Gruppo:.......... Numero:.......... Tempo a disposizione: Punteggio parte chimica: Sussidi ammessi: 120 minuti 115 punti disponibili. Nella parte di chimica si raggiunge il voto massimo con 100 punti. Un eventuale superamento dei 100 punti non verrà conteggiato. tavola periodica non annotata, raccolta formule (Formulari e Tavole, Tables numériques o Formeln und Tafeln) calcolatrice tascabile ad alimentazione autonoma, con visore che mostra una sola riga di caratteri alfanumerici Le risposte vanno scritte sui fogli dell esame nei riquadri appositi; se dovesse aver bisogno di altro spazio, usi i fogli ufficiali. Ogni blocco o foglio singolo deve portare cognome, nome, gruppo e numero del candidato. Risposte a matita e/o su fogli non ufficiali non verranno considerate. Le risposte alle domande dovranno essere concise, chiare e il linguaggio il più rigoroso possibile. Risposte evasive, poco chiare verranno penalizzate! Risultati numerici, senza una traccia dei calcoli svolti, non verranno ritenuti validi. È richiesto ovunque il corretto uso delle unità di misura e della simbologia chimica. Al termine dell esame, raccolga ed ordini i fogli. BUON LAVORO! 1
Entalpia [12 pti] + La specie chimica H è il più semplice ione poliatomico. La geometria dello ione è quella di un triangolo 3 equilatero. + a) Scriva, utilizzando il formalismo di Lewis, le tre strutture di risonanza che rappresentino lo ione H. 3 b) Calcoli il H per la reazione: + + H + H 2 H 3 sapendo che: + + 2H + H H3 H = 849kJ / mol H 2H H = + 436.4kJ / mol 2 c) Quale legge ha utilizzato per rispondere al punto b)? d) La prima reazione del punto b) è spontanea in condizioni standard? Motivi in modo conciso ma esauriente la sua risposta. 2
Elettrolisi [22 pti] Una cella elettrolitica a 25 C viene riempita con 10 L di soluzione 0,25 M di NaCl. a) Utilizzando il suo formulario, scriva le due possibili reazioni che potrebbero avvenire all anodo. b) Scriva ora, le tre possibili reazioni che potrebbero avvenire al catodo. c) Secondo quanto da lei scritto nelle due domande precedenti, quali gas verranno generati al catodo e all anodo della cella elettrolitica? Motivi in modo esauriente e completo la sua risposta. d) Se la cella elettrolitica viene alimentata (vien fornita energia elettrica agli elettrodi), il ph della soluzione contenuta aumenta o diminuisce? Motivi la sua risposta. 3
e) Calcoli il volume dei due gas prodotti (v. domanda c) in condizioni normali (101325 Pa e 273 K) se la cella elettrolitica viene alimentata per 24 h con una corrente di 2.5 A. f) Calcoli la concentrazione degli ioni sodio e degli ioni cloro dopo 24h di funzionamento. Per approssimazione consideri costante il volume per l intero processo. 4
ph [27 pti] Uno degli antibiotici più comunemente utilizzato è la penicillina G (o acido benzilpenicillinico), che ha la seguente struttura: Legenda: nero: C; azzurro: H, rosso: O, blu: N e giallo: S La penicillina G è un acido monoprotico con K a = 1.64x10-3 e viene prodotta facendo crescere delle muffe in vasche di fermentazione a 25 C e in un intervallo di ph tra 4.5 e 5.0. La forma grezza di questo antibiotico è estratta con un solvente organico dal brodo di fermentazione. a) Determini la formula molecolare della penicillina G b) Direttamente nella struttura riportata sopra identifichi con colori diversi e indichi il nome dei 4 gruppi funzionali e la struttura dell arene della penicillina G. c) La penicillina G è un composto chirale? Motivi la sua risposta. d) Disegni, in forma semplificata, la struttura della base coniugata della penicillina G e) Se ha risposto affermativamente alla domanda (c), identifichi con degli asterischi, nella struttura da lei disegnata sopra 1, eventuali centri stereogeni della base coniugata della penicillina G. 1 Se non avesse risposto alla domanda d), inserisca gli eventuali asterischi direttamente nella struttura riportata all inizio dell esercizio. 5
f) La penicillina G grezza estratta viene purificata trattandola con una soluzione tampone a ph = 6.5. In queste condizioni calcoli il rapporto tra la base coniugata e la forma acida della penicillina G. g) In acqua è più solubile la forma acida o la base coniugata? Motivi esaurientemente al sua risposta. h) La penicillina viene solitamente somministrata in compresse che contengono il suo sale sodico. Composto ionico formato da ioni Na + e da anioni corrispondenti alla base coniugata della penicillina G. Calcoli il ph di una soluzione acquosa 0,13M di sale sodico, corrispondente ad una soluzione ottenuta sciogliendo una compressa di penicillina in un bicchiere d acqua. 6
Prodotto di solubilità [14 pti] Il prodotto di solubilità del dibromuro di piombo a 25 C è pari a 8.9x10-6. a) Calcoli la solubilità molare del dibromuro di piombo in acqua. b) Il dibromuro di piombo è più solubile in una soluzione 0.20 M KBr o in una soluzione 0.20 M di Pb(NO 3 ) 2? Calcoli necessari. 7
Proteine [22 pti] La chimotripsina è un enzima responsabile della scissione delle proteine nell intestino. Viene prodotto nel pancreas sotto forma di un precursore inattivo, detto chimotripsinogeno. Solo quando raggiunge l intestino tenue, il chimotripsinogeno si attiva per scissione della sua catena. Qui di seguito è riportato uno schema dell attivazione del chimotripsinogeno. Il rettangolo grigio rappresenta la struttura primaria del polipeptide......... π-chimotripsina (attiva) schema (1)........ α-chimotripsina (molto attiva) a) Perché il nostro corpo produce del chimotripsinogeno? Non sarebbe più semplice produrre direttamente la chimotripsina attiva? Motivi la sua risposta. b) Completi lo schema (1) inserendo sui puntini gli enzimi corretti che hanno scisso dapprima la catena del chimotripsinogeno e poi quella della π-chimotripsina, sapendo che: Reattivo Tripsina Chimotripsina Bromuro di cianogeno Carbossipeptidasi Sito della scissione Gruppo carbossilico di Lys, Arg Gruppo carbossilico di Phe, Tyr, Trp Gruppo carbossilico di Met L amminoacido C-terminale 8
Motivi le sue due scelte (domanda b). c) L α-chimotripsina è composta da tre catene A, B e C [vedi schema (1)], ma se osserviamo una ricostruzione tridimensionale dell enzima, queste tre catene sembrano legate assieme. Quale tipo di legame le tiene unite? Tra quali amminoacidi si può instaurare? d) Quanti amminoacidi ha la chimotripsina attivata (α-chimotripsina)? Ricostruzione 3-D della α-chimotripsina 2 2 High resolution structure of bovine alpha-chymotrypsin 1YPH scaricato da www.rcsb.org 9
e) Nella ricostruzione 3-D di pagina 9 evidenzi con colori diversi e indichi il nome delle strutture secondarie dell enzima. f) Come classificherebbe, dal punto di vista della struttura terziaria delle proteine, l enzima α-chimotripsina? Motivi la sua risposta. g) Verso l esterno dell enzima, troveremo preferibilmente gruppi variabili polari o apolari? Motivi la sua risposta. La chimotripsina fa parte di quegli enzimi che contengono un sito attivo definito triade catalitica della serina proteasi. h) Perché, secondo lei, il sito attivo della chimotripsina viene definito come triade della serina proteasi? i) A quale valore di ph, la chimotripsina velocizzerà maggiormente le reazioni di idrolisi delle proteine? Motivi la sua risposta. 10
Equilibrio [18 pti] I due inquinanti atmosferici SO 2 e NO 2 possono reagire seguendo la seguente reazione: SO NO SO + NO + 3( g) ( g) 2( g) 2( g) A una certa temperatura T, la costante d equilibrio K vale 6.0x10 3. Calcoli la quantità chimica di NO che si deve aggiungere a un recipiente di 1,00 L contenente 0,245 mol di SO 3(g) perché si possano formare all equilibrio 0,240 mol SO 2(g). 11
Risponda e motivi le sue scelte Considerando la reazione all equilibrio, svolta in un contenitore chiuso di acciaio inossidabile ricoperto di titanio, come varia la quantità di NO 2 se: si aumentasse la quantità di NO si allontanasse per condensazione SO 2. si raddoppiasse la pressione immettendo nel reattore dell elio. se si diminuisse la quantità di SO 3 12