Atomi e molecole - Base chimica della vita

Atomi e molecole: la base chimica della vita

Gli elementi non possono essere scissi in sostanze più semplici tramite reazioni chimiche ordinarie e ciascuno di essi ha un simbolo chimico.
Il 96% della massa degli organismi è composto da ===> ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto
Atomo= parte più piccola di un elemento che ha le sue proprietà fisiche. Un atomo è composto da particelle subatomiche composte da:
• Elettrone → particella con carica elettrica negativa unitaria
• Protone → particella con carica elettrica positiva unitaria
• Neutrone → particella priva di carica
In un atomo neutro gli elettroni sono uguali ai protoni.
Protoni e neutroni costituiscono il nucleo atomico.
Gli elettroni si muovono in uno spazio intorno al nucleo detto ORBITALE che può contenere massimo 2 elettroni.
Gli elettroni in gusci distanti dal nucleo hanno una maggiore energia, mentre gli elettroni in gusci vicini al nucleo hanno minore energia.
Gli elettroni di valenza sono quelli che occupano il guscio più esterno chiamato guscio di valenza (ha maggiore energia).
Il guscio di valenza è completo se contiene 8 elettroni, altrimenti tende a cedere, acquisire o condividere gli elettroni.
Numero atomico: numero fisso di protoni
Massa atomica: quanta materia è contenuta in un elemento
Gli Isotopi ===> elementi con lo stesso numero di protoni e elettroni ma diverso numero di neutroni. Es: l'idrogeno (H) contiene 0, 1, 2 neutroni
gli isotopi hanno guscio di valenza uguale = proprietà chimiche simili.
I Gas nobili ===> (elio He, neon Ne) sono gas non reattivi perché hanno il guscio valenza completo.
Un composto consiste in atomi di due o più elementi differenti combinati tra loro in un rapporto fisso es: acqua.
Le molecole sono unità che si formano quando 2 o più atomi si combinano chimicamente.
I legami chimici
Gli atomi delle molecole sono tenuti insieme da legami chimici che hanno una certa energia e per spezzarla è necessaria l'energia di legame.
I legami covalenti comportano la condivisione di elettroni tra gli atomi per completare il guscio di valenza.

Il processo di ibridazione degli orbitali avviene quando un atomo si lega covalentemente con altri atomi causando un arrangiamento degli orbitali nel guscio di valenza. Tutto ciò determina la forma della molecola.
l'elettronegatività è l'attrazione del nucleo atomico che esercita sugli elettroni condivisi nei legami chimici. Una molecola può essere:
• Apolare → gli atomi di una molecola hanno elettronegatività uguale e gli elettroni sono condivisi in maniera equivalente
• Polare → gli atomi hanno elettronegatività diversa e la molecola presenta una carica parziale positiva su una parte di essa e una carica parziale negativa sull'altra
Nell'acqua (che forma due legami covalenti) entrambi i legami covalenti sono polari a causa della parziale carica positiva addensata sull'idrogeno e della parziale carica negativa sull'ossigeno.
Una particella con una o più unità di carica elettrica è detta IONE = quando un atomo accetta o perde elettroni diventa ione.
→ se un atomo tende a cedere elettroni del guscio di valenza, diventa carico positivamente ed è chiamato catione. (diventa positivo perché ha ceduto un elettrone che è una particella negativa)
→ se un atomo tende ad accettare elettroni nel guscio di valenza, diventa carico negativamente ed è chiamato anione. (diventa negativo perché ha accettato un elettrone che è una particella negativa)
Un gruppo di atomi (diversamente da un singolo atomo) può perdere o accettare protoni così come elettroni diventano catione o anione quindi:
un legame ionico si viene a formare come conseguenza dell'attrazione della carica positiva di un catione e negativa di un anione. Un composto ionico è una sostanza costituita da cationi e anioni tenuti insieme dalle loro cariche.
Un composto ionico in assenza di acqua è molto forte, l'acqua però è un solvente in grado di sciogliere sostanze polari e ioniche
I legam a idrogeno: quando l'idrogeno si lega covalentemente all'ossigeno o all'azoto (atomi elettronegativi) e sull'idrogeno si accumula una parziale carica positiva in quanto il suo elettrone si posiziona più vicino all'atomo di idrogeno.
Le reazioni di ossido riduzione o reazioni redox
Le trasformazioni energetiche nella cellula coinvolgono reazioni in cui un elettrone viene trasferito da una sostanza a un'altra, questo avviene perché il trasferimento di un elettrone implica il trasferimento dell'energia ad esso associata. Il trasferimento viene detto ossido riduzione o reazione redox.
L'ossidazione e la riduzione avvengono sempre insieme:
• ossidazione = processo chimico nel quale un atomo, ione o molecola, perde
elettroni
• riduzione = processo chimico nel quale un atomo, ione o molecola acquista
elettroni
le reazioni avvengono sempre contemporaneamente perché una sostanza deve accettare gli elettroni che sono allontanati dall'altra.

L'agente ossidante accetta uno o più elettroni riducendosi l'agente riducente perde uno o più elettroni ossidandosi.

L'acqua

Legami a idrogeno tra molecole d'acqua:
le molecole d'acqua sono polari quindi hanno le estremità con cariche parziali opposte. Le molecole sono tenute insieme dai ponti a idrogeno (solo in forma liquida e solida).
Ogni atomo di idrogeno, con la sua parziale carica positiva, viene attratto dall'atomo di ossigeno con parziale carica negativa di una molecola vicina. L'ossigeno dona parzialmente la sua densità elettronica dando luogo ai legami a idrogeno.
Si possono formare 4 legami per molecola.
Le molecole d'acqua interagiscono con le molecole idrofiliche mediante legami a idrogeno:
• le sostanze che interagiscono rapidamente con l'acqua sono dette idrofiliche
• le sostanza che non interagiscono con l'acqua sono dette idrofobiche
(non si sciolgono in acqua)
Lo stato dell'acqua:
– Gassoso ==> i legami a idrogeno si rompono quando l'acqua viene scaldata,
ciò comporta l'apporto di energia termica che fa tremare le
molecole con maggiore velocità e aumenta l'energia cinetica.
– Liquido ==> i legami a idrogeno si spezzano e si riformano di continuo.
– Solido ==> ogni molecola d'acqua forma 4 legami a idrogeno con le molecole
adiacenti.

Acidi, basi e sali

un acido è una sostanza che in soluzione si dissocia producendo ioni H+ e anioni
acido → anioni + H+
è quindi un donatore di protoni perché lo ione idrogeno è un protone.
Una base è un accettore di protoni. La maggior parte delle sostanze sciolte in acqua si dissocia cedendo uno ione idrossido OH e un catione.
NaOH → OH ̅+ Na+
Una sale e un composto nel quale un acido e una base si mescolano. Gli ioni H+ provenienti dall'acido formano una molecola d'acqua con gli ioni OH ̅ provenienti dalla base. Ciò che rimane dell'acido (un anione) si combina con con ciò che rimane della base (un catione).
Il grado di acidità viene espresso in PH.
Nell'acqua la concentrazione di ioni idrogeno è di 10 ̅ 7 , così come di ioni idrossido 10 ̅ 7. Quando le concentrazioni sono uguali le soluzioni sono neutre.
Le soluzioni acide con eccesso di ioni idrogeno hanno PH inferiore a 7.
le soluzioni basiche con eccesso di ioni idrossido hanno PH superiore a 7.