Concetti Chiave
- Il carbonio è fondamentale negli organismi viventi, formando numerose molecole grazie alla sua versatilità, capacità di concatenazione e valore medio di elettronegatività.
- Isomeria si riferisce a composti con la stessa formula chimica ma diverse strutture, suddivisa in isomeria di struttura e stereoisomeria, con ulteriori distinzioni come catena, posizione, e gruppo funzionale.
- L'ibridazione sp3 del carbonio coinvolge la combinazione di un orbitale s e tre p, formando quattro orbitali sp3 e creando strutture come il metano con un angolo di legame tetraedrico di 109,5°.
- I composti organici hanno punti di fusione variabili, non conducono elettricità, e sono solubili in solventi organici; bruciano producendo CO2 e acqua o si decompongono senza aria.
- La reattività dei composti organici è influenzata dalla presenza di legami multipli, atomi elettronegativi e gruppi atomici che influenzano la distribuzione elettronica.
Carbonio
Il carbonio è contenuto sottoforma di composti organici in tutti gli organismi viventi: animali e vegetali. E' un elemento molto importante e grazie alla versabilità dell'atomo, si possono formare numerosissime molecole per 3 motivi:- Assume valori compresi fra -4 e +4
Con il carbonio valore 0
Con l'idrogeno e i metalli -1 perchè più elettronegativo
Con i non metalli +1
-Ha un valore di elettronegativià medio (2,5) per cui tende a condividere gli elettroni
-Tende alla concatenazione perchè non ci sono doppietti liberi nel livello energetico esterno dell'atomo di carbonio
I composti organici possono essere rappresentati attraverso varie formule:
- Struttura di Lewis (evidenziano tutti i legami chimici tra atomi molecolari)
- Formule razionali (evidenziano i legami carbonio- carbonio)
- Fornule condensate (evidenziano i gruppi atomici che formano la molecola)
- Formule topologiche (evidenziano la catena carboniosa tramite segmenti)
Isomeria
Il fenomeno dell'isomeria si verifica quando due o più composti, pur avendo la stessa composizione chimica e formula molecolare presentano formule di struttura diverse.
Esistono due tipi di isomeria:
- Isomeria di struttura
- Stereoisomeria
Gli isomeri di struttura hanno la stessa formula, ma differiscono per il modo in cui gli atomi di carbonio sono legati tra di loro. (Presentano sequenze diverse).
Gli isomeri di struttura si dividono in:
- Catena: modo in cui sono legati diversamente alla catena carboniosa
- Posizione: posizione dei legami multipli, dei gruppi atomici o degli atomi
- Gruppo funzionale: composti con gruppi funzionali diversi nella catena carboniosa
La stereoisomeria è un fenomeno per cui atomi o gruppi atomici di 2 o più composti, sono legati fra loro nella stessa sequenza ma con differente disposizione spaziale.
Essa si divide in conformazionale (differiscono per orientazione nello spazio di atomi che si possono invertire per rotazione intorno a un legame semplice carbonio carbonio) Questa può avere due forme: sfalsata( 3 atomi idrogeno dell'atomo di carbonio anteriore sono distanti da quelli dell'atomo posteriore) o eclissata( in quest'ultimo caso 3 atomi idrogeno dell'atomo di carbonio anteriore sono allineati con quello posteriore)
Oppure configurazionale essi presentano una diversa orientazione nello spazio, ma non possono invertirsi per rotazione. Questa si divide in geometrica e ottica.
Geometrica: 2 atomi di carbonio uniti con un legame semplice o doppio.
Ottica: si ha una diversa posizione nello spazio dove vi è un'immagine speculare dell'altra, non si possono sovrappore. Al carbonio centrale vengono legati composti diversi che deviano la luce.
Ibridazione sp3
L'ibridazione del carbonio è data dalla combinazione di un orbitale atomico di tipo s e 3 di tipo p: da qui si generano 4 orbitali atomici di tipo sp3. Questi sono degeneri e hanno una forma che ricorda gli orbitali di tipo p con due lobi di dimensioni diverse.Quando 4 orbitali identici di un carbonio ibridato si sovrappongono con 1 orbitale s e 4 atomi di idrogeno si forma il metano. L'angolo di legame è di 109, 5° (angolo tetraedrico).
Caratteristiche composti organici
I composti organici solidi hanno temperature di fusione che variano in un intervallo da 25 °C a 400 °C, non conducono la corrente e non sono in genere solubili in acqua; sono solubili nei solventi organici (non polari). Portati ad alta temperatura in presenza di aria bruciano con formazione di diossido di carbonio e acqua, scaldati in assenza di aria si decompongono.La reattività di un composto è data dalla presenza del legame multiplo, dall'atomo elettronegativo, dal gruppo atomico che respinge o attira gli elettroni.
Domande da interrogazione
- Qual è l'importanza del carbonio negli organismi viventi?
- Cosa si intende per isomeria e quali tipi esistono?
- Come si forma il metano attraverso l'ibridazione sp3 del carbonio?
- Quali sono le caratteristiche principali dei composti organici solidi?
- In che modo la reattività di un composto organico è influenzata?
Il carbonio è fondamentale negli organismi viventi perché forma numerose molecole grazie alla sua versatilità, elettronegatività media e capacità di concatenazione.
L'isomeria è il fenomeno in cui composti con la stessa formula molecolare hanno strutture diverse. Esistono isomeria di struttura e stereoisomeria.
Il metano si forma quando 4 orbitali sp3 del carbonio si sovrappongono con 1 orbitale s e 4 atomi di idrogeno, creando un angolo di legame di 109,5°.
I composti organici solidi hanno temperature di fusione tra 25 °C e 400 °C, non conducono corrente, non sono solubili in acqua ma nei solventi organici, e bruciano formando diossido di carbonio e acqua.
La reattività è influenzata dalla presenza di legami multipli, atomi elettronegativi e gruppi atomici che attraggono o respingono elettroni.
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