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La materia è composta di atomi. Ogni atomo consiste di un nucleo a carica positiva, costituito da protoni e neutroni, circondato da elettroni con carica negativa. Il numero dei protoni nel nucleo è la caratteristiche che definisce un elemento. Vi sono molti elementi nell'Universo, ma soltanto pochi di essi (C, H, O, P, N, S) sono componenti fondamentali degli organismi viventi.
Gli elettroni si distribuiscono in gusci elettronici su livelli di energia differenti secondo la distanza dal nucleo. Il guscio più interno ospita un massimo di due elettroni, mentre i gusci successivi portano al massimo otto elettroni.

Un legame chimico è una forza di attrazione che tiene uniti due atomi, dando origine a una molecola.
Gli ioni sono particelle dotate di carica elettrica che si formano quando gli atomi acquistano o perdono uno o più elettroni formando così configurazioni elettroniche più stabili.
Gli anioni e i cationi sono, rispettivamente, ioni a carica negativa e positiva. I legami ionici si formano in seguito all'attrazione tra ioni con carica elettrica di segno opposto.

Un legame covalente è un legame forte tra due atomi che condividono una o più coppie di elettroni. Quando due atomi con elettronegatività diversa si legano, si stabilisce un legame covalente polare. Le due estremità, o poli, del legame portano una carica elettrica parziali.
Un legame idrogeno è un'attrazione debole ed è responsabile della coesione tra le molecole d'acqua.
I gruppi funzionali sono gruppi di atomi uniti da legami covalenti che conferiscono specifiche proprietà alle molecole biologiche.
Le macromolecole si formano tramite reazioni di condensazione, che uniscono monomeri contenenti particolari gruppi funzionali.

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