La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Elementi di chimica (prerequisiti) La materia è costituita da elementi chimici In natura sono presenti 92 elementi Circa 25 dei 92 elementi sono definiti.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Elementi di chimica (prerequisiti) La materia è costituita da elementi chimici In natura sono presenti 92 elementi Circa 25 dei 92 elementi sono definiti."— Transcript della presentazione:

1 Elementi di chimica (prerequisiti) La materia è costituita da elementi chimici In natura sono presenti 92 elementi Circa 25 dei 92 elementi sono definiti essenziali per la vita Quattro di questi costituiscono da soli circa il 96% del corpo umano Ossigeno (O) Carbonio (C) Idrogeno (H) Azoto (N)

2 Calcio (Ca), fosforo (P), potassio (K), zolfo (S) e pochi altri costituiscono il rimanente 4% Ci sono poi circa altri 15 elementi che si trovano in tracce. Assieme sono poco più di un decimillesimo Pur essendo in tracce, la loro importanza non è minore. Infatti nella maggior parte dei casi lorganismo non sopravviverebbe senza di questi elementi La rilevante percentuale di O 2 è dovuta al fatto che esso entra nella composizione dellacqua (H 2 O) la sostanza che compone quasi il 90% del nostro organismo

3 Oltre a comporre lacqua, l ossigeno è necessario per la respirazione cellulare ed è un componente della maggior parte dei composti organici Elementi importanti dal punto di vista biologico Il carbonio costituisce lo scheletro di tutti i composti organici (ogni C forma 4 legami) L idrogeno è presente in tutti i composti organici; è un componente dellacqua. Nelle proteine e negli acidi nucleici oltre ai tre precedenti elementi, è presente l azoto Il calcio in forma ionica (Ca ++ ) è importante per la contrazione muscolare, per la liberazione di neurotrasmettitori. È una componente strutturale di denti e ossa Il fosforo è componente degli acidi nucleici e dellATP. Componente strutturale delle ossa Sodio, potassio e Cloro in forma ionica (Na +, K +, Cl - ) sono importanti per lattività elettrica del neurone (e nelle cellule in generale)

4 Ogni elemento è costituito da un solo tipo di atomi Atomi Latomo è la più piccola unità di materia che mantiene le proprietà di un elemento Gli atomi sono a loro volta composti di particelle sub- atomiche (le stesse compongono gli atomi di tutti gli elementi) protoni elettroni neutroni Carica elettrica positiva Carica elettrica negativa Nessuna carica Anche se gli elettroni sono molto più piccoli dei protoni essi posseggono entrambi carica elettrica unitaria (ma di segno opposto)

5 La massa dellelettrone è enormemente più piccola di quella di protoni e neutroni (i quali hanno la stessa massa) Protoni e neutroni compongono il nucleo attorno al quale gli elettroni ruotano Per convenzione la massa di protoni e neutroni è considerata = 1. Quella degli elettroni è considerata nulla Per convenzione la massa di protoni e neutroni è considerata = 1. Quella degli elettroni è considerata nulla

6 Il numero atomico di un elemento è costituito dal numero di protoni che si trovano nel nucleo Numero atomico e numero di massa Il numero di massa di un atomo è dato dalla somma del numero di protoni e di neutroni Carbonio 6 protoni 6 neutroni 6 elettroni Numero atomico = 6 Numero di massa = 12 Numero di massa = 12

7 Tutti gli atomi di Carbonio hanno numero atomico 6 Se avessero 7 protoni sarebbero atomi di Azoto Non tutti gli atomi di carbonio hanno massa atomica = 12 Carbonio-12 6 protoni 6 neutroni 6 elettroni Carbonio-13 6 protoni 7 neutroni 6 elettroni Carbonio-14 6 protoni 8 neutroni 6 elettroni Il 99% degli atomi Meno dell1% degli atomi In quantità minime Le forme dello stesso elemento che differiscono per il numero di massa si chiamano ISOTOPI ( 12 C, 13 C, 14 C )

8 Alcuni isotopi sono instabili e decadono emettendo particelle ed energia Questi isotopi si chiamano Isotopi radioattivi Un esempio è dato dallisotopo del Carbonio-14 Alcuni isotopi radiottivi come il carbonio-14, il fosforo-32 e il trizio ( 3 H) trovano largo impiego sia nella Diagnostica Medica che nella Ricerca Biologica

9 Lelemento più piccolo è lIdrogeno ( H ) Esso possiede un un protone e un elettrone Allaumentare del numero atomico aumenta il numero di elettroni che ruotano intorno al nucleo Numero atomico 1 Numero di massa 1 In realtà un atomo su 6500 possiede anche un neutrone (deuterio, massa 2) e in laboratorio si può produrre un atomo di H con due neutroni (trizio, massa 3) Lelio ne ha 2, il litio ne ha 3 e così via Gli elettroni occupano orbitali. Ci sono due elettroni per ogni orbitale

10 I due elettroni più vicini al nucleo occupano un orbitale chiamato s che costituisce un primo livello energetico chiamato guscio K I seguenti otto elettroni vanno ad occupare quattro orbitali organizzati in secondo livello energetico chiamato un guscio L Poi segue un guscio M…… ecc Guscio K La figura 2.4 del Purves trae in inganno in quanto può far pensare che il guscio L ha solo tre orbitali Guscio L Orbitale di tipo s

11 Gli elementi chimici che hanno un guscio completamente riempito (2, 10 o 18 elettroni) sono molto stabili e tendono a reagire poco con gli altri elementi (elementi inerti) Elementi inerti

12 Viceversa gli elementi cui mancano uno o più elettroni per completare il guscio e quelli che hanno uno o più elettroni in eccesso sono estremamamente reattivi. I primi invece tenderanno a combinarsi con altri elementi in modo tale da attirare elettroni per completare lorbitale Questi secondi tenderanno a combinarsi con altri elementi in modo tale da perdere gli elettroni in eccesso Elementi chimicamente reattivi

13 Capire queste semplici regole sul comportamento degli elettroni ci aiuta a prevedere il tipo di legame che un dato atomo tende a fare

14 La tavola periodica

15 I legami chimici Ci sono 4 differenti tipi di legame chimico Covalente Ionico A idrogeno Di van der Waals

16 Legame Covalente Legame covalente Un legame covalente semplice viene a formarsi quando due atomi condividono una coppia di elettroni in modo tale che entrambi raggiungono una condizione più stabile Ad esempio due atomi di H condividono una coppia di elettroni in modo tale che entrambi raggiungono la condizione con due elettroni nel un primo livello energetico ( guscio K) In questo modo il C raggiunge la condizione stabile con 8 elettroni nel secondo livello energetico ( guscio L) Un atomo di C condivide una coppia di elettroni con ciascuno dei quattro atomi di H cui si lega modo HH

17 Oltre a poter formare legami con più atomi diversi, uno stesso atomo può formare più legami covalenti con un singolo atomo Ciò avviene quando due atomi condividono non una sola ma più coppie di elettroni (ad es. in O 2 ) OOOO

18 Legami covalenti asimmetrici In una molecola gli atomi che formano tra loro un legame possono avere una differente tendenza ad attrarre elettroni (si dice che uno è più elettronegativo dellaltro) Questo accade per esempio nella molecola dellacqua dove lOssigeno è più elettronegativo dellidrogeno Gli elettroni condivisi passano più tempo attorno allO che allH Legame covalente

19 Legame a idrogeno Un esempio di legame ad idrogeno è quello che si forma tra le molecole dacqua Il legame ad idrogeno si forma tra un atomo di idrogeno con una carica parziale positiva e una altro atomo (ad es ossigeno o azoto) con una carica parziale negativa Esso può formarsi tra piccole molecole o tra parti diverse di una stessa grande molecola La forza di legame ad idrogeno è 1/20 di quella di un legame covalente. Tuttavia la formazione di molti legami ad idrogeno può conferire una notevole stabilità alle strutture Proteine, DNA

20 Legame Ionico Quando due atomi differiscono notevolmente nella loro elettronegatività e uno mostra forte tendenza a perdere elettroni e laltro ad acquistarli può avvenire il trasferimento di un elettrone da un atomo allaltro Lesempio di come questo trasferimento può legare assieme atomi differenti è dato dal cloruro di sodio (NaCl) il comune sale da cucina Legame Ionico

21 Allinizio i due atomi sono elettricamente neutri ma instabili e fortemente reattivi Il sodio ha un elettrone in più rispetto al numero che serve per completare il guscio elettronico esterno e assumere una configurazione stabile (8 elettroni) Al cloro invece manca un elettrone per raggiungere la configurazione stabile con 8 elettroni nel guscio esterno La reazione tra sodio e cloro permette ad entrambi di ottenere una condizione stabile con otto elettroni nel guscio esterno Il cloro strappa un elettrone al sodio

22 Ora però il sodio è caricato positivamente (ha perso un elettrone cioè una carica unitaria ) Na + Il cloro invece è caricato negativamente (ha acquistato un elettrone cioè una carica unitaria ) Cl - Cationi Anioni Legame Ionico

23 Alcuni atomi o molecole possono perdere o guadagnare più di un elettrone Ca ++ Mg ++ Fe +++ SO 4 ++ PO Legame Ionico Ione solfato Ione fosfato Ione magnesio Ione ferrico Ione calcio

24 Poiché hanno cariche opposte, Na + e Cl - si attraggono Legame Ionico Allo stato solido i due ioni sono strettamente uniti a formare cristalli

25 Quando un sale, ad esempio cloruro di sodio, viene disciolto in acqua le sue molecole si dissociano in ioni Na + Cl - Nel sale NaCl allo stato solido il legame chimico è molto forte (in quanto le cariche opposte di Na + e Cl - si attraggono) La separazione dei due ioni in soluzione è resa possibile dal fatto che in sostituzione del legame forte tra Na + e Cl - si formano tanti legami deboli tra le molecole di acqua e gli ioni (il cosiddetto guscio di idratazione) Lacqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na + che con Cl - Lacqua infatti è un dipolo cioè una molecola con una parziale carica positiva e una parziale carica negativa in grado quindi di formare legami sia con Na + che con Cl - (-) O H (+) O H H Cl - Na + O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H

26 Per le sue proprietà, acqua è un buon solvente per le sostanze polari ( per queste si usano i termini idrofile o idrosolubili) Al contrario, poiché tra molecole polari come lacqua e molecole apolari come idrocarburi, trigliceridi e altri lipidi non esiste attrazione e non si formano legami, questi ultimi sono insolubili in acqua Le molecole apolari tra loro formano altri tipi di legami… Forze di van der Waals …le quali possono essere biologicamente importanti (es membrana citoplasmatica)

27 Alcune importanti proprietà dellacqua La particolare struttura della molecola conferisce allacqua alcune proprietà peculiari che hanno reso possibile la vita sul nostro pianeta Lacqua ricopre i 3/4 del nostro pianeta e nella parte degli organismi viventi costituisce il 70-95% del peso corporeo Lacqua è un solvente ottimale non solo per gli ioni ma anche per una grande varietà di sostanze organiche polari (glucidi, aminoacidi ecc) indispensabili per la vita Lacqua ha una grande capacità termica (immagazzina e rilascia il calore molto lentamente): ciò significa che i grandi bacini dacqua mostrano variazioni di temperatura molto più ridotte rispetto allaria circostante

28 Lacqua che evapora in superficie raffredda il rimanente liquido rallentando il surriscaldamento dellambiente acquatico. Questo principio è utilizzato dalluomo e da altri animali per ridurre la propria temperatura tramite sudorazione Il ghiaccio è più leggero dellacqua e man mano che si forma sale in superficie. Questo serve a limitare lulteriore raffreddamento dellacqua e impedisce la formazione di ghiaccio permanente sul fondo di mari e laghi Le molecole dacqua mostrano una forte coesione. Ciò determina vari fenomeni tra cui la salita della linfa nel tronco dellalbero per capillarità

29 Acididi, basi e pH Laqua in percentuale minima tende spontaneamente a ionizzarsi (perde o accetta un H + ) Gli Acidi e Basi tendono ad alterare questo equilibrio In assenza di soluti la loro concentrazione è uguale La misura dellacidità di una soluzione (concentrazione di idrogenioni, ioni H + ) si misura tramite il pH pH inferiore a 7 soluzione ACIDA limone: pH=2 pH superiore a 7 soluzione BASICA candeggina: pH=12

30 La chimica organica studia i composti del carbonio Il carbonio forma più di 2 milioni di composti differenti. Una grossa branca della chimica, la chimica organica si occupa specificamente dei composti del carbonio Un atomo di carbonio forma facilmente legami con altri atomi di carbonio fino a formare catene (scheletri carboniosi) anche molto lunghe. Queste catene possono ramificarsi o chiudersi ad anello assumendo migliaia di strutture differenti. I composti più semplici del carbonio sono gli idrocarburi composti solo di C e H Talvolta sono presenti doppi legami tra due atomi di C

31 Sono invece importanti altre molecole organiche nelle quali uno o più legami tra C e H sono sostituiti con legami con gruppi funzionali Gruppi funzionali Gli idrocarburi sono poco importanti dal punto di vista biologico

32 Gruppo ossidrile Gruppo carbossile Gruppo aminico Gruppo fosfato Gruppo carbonile

33 Il gruppo più importante di composti che contengono gruppi ossidrilici sono gli alcoli (es etanolo o alcol etilico) I composti che contengono gruppi carbonilici si chiamano aldeidi (se il gruppo è legato ad un carbonio terminale) o chetoni (se il gruppo è legato ad un carbonio interno della catena) Gli zuccheri semplici (monosaccaridi) contengono sia un gruppo carbonilico che gruppi ossidrilici

34 Le molecole che presentano uno o più gruppi carbossilici si chiamano acidi carbossilici o acidi organici (es acido acetico) Infatti il gruppo –COOH tende a liberare uno ione H + rendendo acida la soluzione –COOH --> –COO - H +

35 Le molecole che presentano uno o più gruppi aminici si chiamano amine I gruppi aminici tendono ad accettare H + formando un gruppo ammonio –NH 3 +. Le amine pertanto sono classificate come basi Importanti composti organici, gli aminoacidi contengono sia un gruppo aminico che un gruppo carbossilico legati allo stesso atomo di carbonio Catena laterale o residuo aminoacidico

36 Il gruppo fosfato si trova negli acidi nucleici (DNA ed RNA) e nelle molecole che presiedono al metabolismo energetico (ATP)


Scaricare ppt "Elementi di chimica (prerequisiti) La materia è costituita da elementi chimici In natura sono presenti 92 elementi Circa 25 dei 92 elementi sono definiti."

Presentazioni simili


Annunci Google