Università degli Studi L’Aquila Dipartimento MESVA C.L.O.P.D. Dir. Prof. Roberto Gatto BIOMATERIALI DENTARI Prof. Mario Baldi Concetti Introduttivi

materia Si definisce materia tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa, essa è costituita da unità fondamentali chiamate atomi. In natura esistono 90 tipi di atomi che costituiscono gli elementi chimici. Tutte le sostanze e gli organismi viventi sono formati da questi elementi combinati tra loro in differenti maniere.

Gli atomi a loro volta sono costituiti da particelle: i protoni con carica elettrica positiva, i neutroni privi di carica elettrica ma con massa uguale ai protoni ed infine gli elettroni dotati di carica elettrica negativa e di una massa circa duemila volte inferiore. I protoni ed i neutroni si trovano nel nucleo dell’atomo mentre gli elettroni ruotano in differenti livelli attorno al nucleo. L’atomo è elettricamente neutro grazie alla presenza in numero uguale di protoni ed elettroni.

Gli elettroni si dispongono attorno al nucleo in differenti livelli energetici, il primo può contenere solo due elettroni, il secondo otto, il terzo diciotto e cosi via. La configurazione elettronica di quasi tutti gli atomi con l’eccezione dei gas nobili (elio, neon, argo, cripton, xeno, e radon) li rende instabili e ciò determina la necessità di combinarsi con altri elementi per ottenere una configurazione stabile. La condizione che rende stabili i gas nobili, è quella di avere nel livello energetico più esterno otto elettroni.

I legami chimici determinano l’unione di più atomi per formare le molecole. Esse risultano energeticamente più stabili dei componenti presi separatamente. La formazione di un legame chimico coinvolge gli elettroni che possono essere trasferiti da un atomo all’altro oppure essere condivisi tra di essi. Quando si formano legami chimici l’energia totale del sistema costituito da gli atomi legati insieme è minore dell’energia totale del sistema costituito dagli atomi separati.

La formazione di un legame chimico permette la liberazione di una determinata quantità di energia mentre per rompere un legame chimico è necessario impiegare una determinata quantità di energia.

LEGAMI CHIMICI ATOMICO - covalente - dativo ELETTROSTATICO - ionico - dipolare - idrogeno METALLICO

Il legame di tipo covalente si realizza tra due atomi appartenenti alla categoria dei non metalli che mettono in compartecipazione una coppia di elettroni in un orbitale esterno che abbraccia entrambi gli atomi. Si definisce un legame covalente puro o omopolare quello che s’instaura fra due atomi dello stesso tipo: è il caso tipico dell’idrogeno, dell’ossigeno, dell’azoto atmosferico ecc. Nei legami covalenti gli elettroni condivisi orbiteranno attorno ai nuclei vincolandoli a restare vicini.

Il legame di tipo dativo si determina quando la coppia di elettroni che genera il legame viene fornita solo da uno dei due atomi coinvolti. Tale atomo è denominato donatore mentre l’altro atomo si definisce accettore ed è in grado di mettere a disposizione lo spazio in un orbitale esterno per gli elettroni coinvolti nel legame.

Il legame di tipo ionico si forma tra atomi che hanno una differente elettronegatività con il trasferimento di un elettrone da un atomo all’altro che restano legati grazie ad interazioni di tipo elettrostatico. La disposizione degli atomi nello spazio non ha la direzionalità del legame covalente.

Il legame di tipo dipolare si determina tra molecole costituite da dipoli grazie all’attrazione elettrostatica tra poli di segno differente. Le energie di legame definite anche come Forze di Van der Waals sono molto deboli e possono essere influenzate da fattori esterni quali temperatura e pressione.

I legami di tipo idrogeno si instaurano tra molecole in cui la presenza di ioni idrogeno sposta la distribuzione degli elettroni creando dei dipoli dove l’idrogeno rappresenta l’anodo. Questa disposizione permette di realizzare dei legami di tipo elettrostatico.

Il legame di tipo metallico si determina tra elementi che hanno bassi valori di energia di ionizzazione e di elettronegatività. Gli elettroni esterni di tali atomi sono attratti debolmente dai loro nuclei e possono allonta- narsi facilmente. Nei metalli allo stato solido gli elettro- ni esterni non rimangono vincolati al proprio nucleo ma si muovono per tutto il solido tenendolo in questa maniera unito. Tali elettroni sono delocalizzati perché non appartengono ad alcun atomo specifico ma si possono trovare in qualsiasi zona all’interno del metallo. La struttura dei metalli appare come un reticolo cristallino con nodi occupati da ioni positivi immersi in una nube di elettroni. Tale comportamento è alla base di alcune proprieta tipiche dei metalli quali la conducibilita' elet- trica, termica, la lucentezza e la plasticita.

La materia si caratterizza per composizione, struttura e stato di unione. La composizione è dipendente dal tipo o dagli atomi che vengono coinvolti, può essere semplice quando sono presenti atomi tutti uguali, composta quando sono differenti tra di loro; la struttura si determina dal tipo o dai tipi di legame che si instaurano tra gli atomi ed infine lo stato di aggregazione rappresenta la condizione fisica in cui le sostanze possono presen-tarsi negli stati solido, liquido e gassoso.

MATERIA COMPOSIZIONE - semplice - composta STRUTTURA legami chimici STATO DI AGGREGAZIONE - solido - liquido - gassoso STRUTTURA legami chimici COMPOSIZIONE - semplice - composta

Somministrando temperatura e/o pressione si può determinare un cambiamento di stato di aggrega zione caratterizzato da differenti proprietà chimiche e fisiche. Mediante il calore si accresce l’energia cinetica di una sostanza e delle sue particelle elementari alterandone i legami chimici e favorendo il passaggio a stati di aggregazione a minor densità quindi da solidi a liquidi ed infine a gassosi. Al contrario la sottrazione di calore può determinare il salto su stati a maggior densità da gassoso a liquido a solido.

Lo stato di equilibrio Può essere inteso come un compromesso tra due tendenze opposte: la spinta da parte delle molecole ad assumere lo stato di minima energia e la spinta verso uno stato di massimo caos molecolare o massima entropia.

Una soluzione E’ un sistema a due o più componenti che possono essere separati tramite cambiamenti di stato. Le soluzioni possono essere liquido-liquido, liquido- solido, liquido-gas, solido-solido, solido-gas e gas-gas. Viene definita solvente la sostanza cha ha lo stesso stato di aggregazione dell’intera soluzione mentre il soluto è la componente in differente stato di aggregazione. Il solvente è la componente presente in maggiore quanti-tà nella soluzione, il soluto è invece in minor quantità. Il solvente nella soluzione non cambia le sue proprietà fi- siche mentre il soluto in soluzione modifica le sue proprietà fisiche.

Per solubilità si intende la quantità massima di soluto (in grammi o in moli) che in una soluzione riesce a sciogliersi nell’unità di solvente. La solubilità può essere condizionata da fattori esterni quali tempe- ratura e pressione. Una soluzione si dice satura quando presenta il massimo possibile di soluto.