Elementi di chimica e nozioni

La materia

La materia è tutto ciò che ci circonda: qualsiasi oggetto, animato o inanimato la materia è caratterizzata dal possedere una massa e occupare uno spazio, quindi avere un volume, ed è detto: corpo
La materia di cui sono costituiti tutti i corpi viventi e non viventi, è formata da particelle elementari dette atomi che sono talmente piccoli che non possono essere visibili nemmeno con il microscopi e rappresentano le unità di base di tutta la materia e infatti sono immuni nel corso delle reazioni chimiche.
La scienza che studia la struttura e le proprietà della materia è la chimica.

Elementi e composti

Le sostanze costituite da una sola specie atomica si definiscono elementi e si rappresentano con una o due lettere che costituiscono il simbolo di quell’elemento.
Sono note più di 100 specie di elementi e sono ordinati nella tavola periodica degli elementi. Solto dieci elementi entrano a far parte delle cellule: ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto costituiscono il 97% del peso degli organismi viventi.
Le sostanze costituite invece da più specie atomiche si definiscono composti e in natura i composti sono molto più comuni degli elementi puri.

Atomi e struttura atomica

L’atomo è la più piccola porzione di un elemento chimico che conserva le proprietà dell’elemento stesso.
L’atomo è costituito particelle subatomiche:

1. Protoni: particelle di carica positiva


2. Neutroni: particelle di carica neutra


3. Elettroni: particelle di carica negativa e aventi massa trascurabile

Protoni e neutroni si trovano nel nucleo occupano una piccola parte dello spazio dell’atomo

Gli elettroni si trovano all’esterno del nucleo e gli ruotano attorno a velocità eleva, gli elettroni sono presenti in quantità pari ai protoni, in modo da rendere neutra la carica elettrica dell’atomo. Gli elettroni di un atomo sono disposti in “strati”, detti livelli energetici o gusci elettronici gli strati più esterni sono quelli che possono interagire con altri atomi per formare dei legami chimici.

Molecole e formule chimiche

Quando gli atomi si combinano con altri atomi uguali o diversi formano le molecole che viene definita come la più piccola porzione di una sostanza che presenta le caratteristiche chimiche e fisiche della sostanza stessa.
Una molecola può essere costituita da un solo tipo di atomi per esempio la molecola di ossigeno (O 2 ). I composti vengono identificati da un nome scientifico e da una formula chimica stabilita e coordinata dall’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC).

I legami chimici

Tutti gli atomi in natura tranne i gas nobili tendono a legarsi ad altri atomi uguali o differenti per formare le molecole. Gli atomi uniti in una molecola si trovano in una situazione energetica più stabile rispetto a quella degli atomi considerati singolarmente. Anche fra atomi di molecole diverse possono stabilire forze di attrazione: Le forze di attrazione fra atomi si definiscono legami chimici, e si distinguono in:
- legami primari:ossia forze che tengono uniti gli atomi all’interno della molecola
legami secondari: ossia forze che si instaurano tra molecole diverse.
- sono forze più deboli delle precedenti, ma influiscono notevolmente sulle strutture di molecole fondamentali per la vita, come le proteine e il DNA.
I principali legami primari sono:
- il legame ionico, che si forma per trasferimento di elettroni da un atomo a un altro, con la formazione di uno ione positivo
- il legame covalente, che si forma quando due atomi mettono in comune, ovvero in condivisione, i loro elettroni degli orbitali più esterni.
i legami secondari più importanti si distinguono:
- legame idrogeno: esso si stabilisce fra atomi di idrogeno e atomi di ossigeno o di azoto di molecole differenti
- le forze di Van der Waals: si tratta di interazioni intermolecolari temporanee. Sono forze di attrazione di intensità sensibilmente inferiore rispetto al legame idrogeno.

L’acqua e il legame idrogeno

La molecola di acqua è formata da due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno; la sua formula chimica è pertanto H2O., l’atomo di ossigeno attira gli elettroni con una forza maggiore rispetto all’idrogeno.

La condivisione asimmetrica degli elettroni forma una certa polarità, l’atomo di ossigeno che possiede una carica negativa e gli atomi di idrogeno una carica positiva l’intera molecola dell’acqua sia neutra risulta essere una molecola polare. Le cariche elettriche dell’acqua fanno sì che le molecole vicine vengano attratte reciprocamente l’una all’altra e si ha la formazione di legami deboli tra le molecole: legami idrogeno
I legami idrogeno sono particolarmente importanti nell’acqua e hanno caratteristiche peculiari tra le quali:
- l’acqua è l’unica sostanza che esiste sul nostro pianeta in tutti e tre gli stati fisici: solido, liquido e gassoso
- l’acqua è capace di sciogliere un gran numero di sostanze inorganiche e organiche ed è considerata il “solvente universale”

Le reazioni chimiche

Una reazione chimica è una trasformazione che coinvolge una o più sostanze “reagenti” che sono sostanze che reagiscono tra loro.
La rappresentazione schematica di una reazione chimica è chiamata equazione chimica ed è formata da due membri, separati dal segno → .
Nel primo membro si scrivono le formule dei reagenti, separate l’una dall’altra dal segno +, e nel secondo membro si scrivono le formule dei prodotti della reazioni due frecce di verso opposto indicano che la reazione può procedere in entrambi i sensi:

Reazioni chimiche ed energia

Affinché una reazione possa avvenire, bisogna rompere alcuni legami presenti nelle molecole dei reagenti e formarne altri per ottenere le molecole dei prodotti. Per rompere e costruire i legami bisogna apportare una certa quantità di energia. si distinguono in:

- reazioni esotermiche: quando si verifica un’emissione di energia all’ambiente esterno (energia in eccesso)


- reazioni endotermiche: energia ricevuta dall’ambiente esterno per prevenirle assorbono l’energia dall’ambiente esterno


Le reazioni esotermiche sono più comuni di quelle endotermiche.

Esistono anche reazioni endotermiche spontanee ad esempio il nitrato di ammonio quando viene disciolto in acqua assorbe energia dall’ambiente e di conseguenza fa raffreddare la soluzione

Acidi, basi, sali

Il termine “acido” si collega ad alimenti come il limone, l’aceto, il pomodoro, lo yogurt, ecc...
Gli acidi si caratterizzano per il sapore aspro, per la capacità di neutralizzare le basi e per la proprietà di colorare di rosso la cartina al tornasole.
In opposizione agli acidi abbiamo le basi che sono sostanze viscide al tatto, di sapore amaro. Alcune sostanze basiche di uso comune sono la soda caustica, la candeggina, il bicarbonato di sodio, il sapone di Marsiglia. Gli acidi e le basi si dissociano in acqua formando soluzioni elettrolitiche si definiscono elettroliti quelle sostanze che in soluzione acquosa si dissociano in ioni, e le reazioni sono dette reazioni di dissociazione.
Gli acidi in soluzione acquosa liberano ioni H + o idrogenioni:

Le basi in soluzione acquosa liberano ioni OH – o ossidrilioni:
Mescolando soluzioni di un acido e di una base si ha una reazione di neutralizzazione e nella soluzione si forma un sale.

Il pH

L’acidità o la basicità di una soluzione si esprime con il pH, Il valore del pH è compreso tra 0 e 14. Quanto più alta è la concentrazione di idrogenioni, tanto più basso è il valore del pH; viceversa, quanto minore è la concentrazione degli idrogenioni, tanto più alto è il valore del pH, le sostanze acide una volta messe in acqua liberano ioni idrogeno. In base alla quantità di H+/H- cambia il pH. L’acidità cresce da 0 a 6 ma decresce da 7 14.

Da o a 6 cresce il maggior contenuto di ioni idrogeno (acido) invece da 8 a 14 il prodotto e meno acido e contiene più ioni ossidrili detto basico invece 7 e basico quindi il prodotto tra ioni ossidrilici e ioni idrogeno sono uguali. Lo strumento per misurare il pH è il piaccametro.

I composti del carbonio

La chimica organica studia i composti vegetali e animali del carbonio e i suoi derivati, tutte le sostanze di origine animale o vegetali sono considerati composti del carbonio, le sostanze organiche (piante, animali, cibo) sono composti del carbonio che contengono, questa sostanza si può trovare in vernici, saponi e cosmetici. Il carbonio si lega con pochi elementi che danno vita a molti composti in natura e creano lunghe catene carboniose che possono essere ni lineari o ramificate o cicliche, aperte o chiuse. Nelle catene carboniose possono essere presenti legami semplici, doppi o tripli
Che possono essere a loro volta
- Saturi: temperatura ambiente risultano solidi
- Insaturi: temperatura ambiente risultano solidi

Gli idrocarburi

Gli idrocarburi sono detti aromatici perché i primi i primi composti appartenenti a questa classe avevano odore dolciastro ma il nome (idrocarburo) è rimasto anche quando sono stati scoperti nuovi composti senza questa caratteristica.
Si formano anche per cause correlate alle attività umane, e si trovano anche nei cibi cotti ad alta temperatura e molti sono cangeronici e inquinanti si distinguono in:
- idrocarburi saturi o alcani: con soli legami semplici tra gli atomi di carbonio
- idrocarburi insaturi si dividono in:
- alcheni: con almeno un legame doppio
- alchini: con almeno un legame triplo
- idrocarburi aromatici: con caratteristiche che li rendono particolarmente stabili
Si dicono policiclici quando presentano due o più anelli con atomi di carbonio in comune

Alcoli e fenoli

Gli alcoli sono composti organici che contengono il gruppo funzionale ossidrilico –OH. L’etanolo, detto anche alcol etilico, è l’alcol per antonomasia; si ottiene naturalmente a partire dalla fermentazione degli zuccheri semplici ed è l’alcol contenuto nelle bevande alcoliche. I fenoli sono composti organici che hanno uno o più gruppi ossidrilici –OH e fenoli sono sostanze solide, cristalline, solubili in acqua e di odore penetrante

Aldeildi e chetoni

Le aldeidi e i chetoni sono composti organici caratterizzati dalla presenza nella loro molecola del gruppo carbonilico o carbonile, nelle aldeidi il carbonio del gruppo carbonilico è legato a un atomo di idrogeno; il gruppo è convenzionalmente indicato con -CHO in natura le aldeidi si ottengono come prodotti secondari nei processi di fermentazione degli zuccheri. Le aldeidi si riconoscono dal suffisso –ale.
Nei chetoni l’atomo di carbonio del gruppo carbonilico è legato ad altri due atomi di carbonio; il gruppo è convenzionalmente indicato con -CO- Il chetone più semplice è il propanone, noto comunemente con il nome di acetone

Acidi carbossilici

Gli acidi carbossilici sono composti organici che presentano nella loro struttura un gruppo funzionale carbossilico.
Si contraddistinguono per il termine acido e per il suffisso –oico, ad esempio acido metanoico, acido etanoico. Gli acidi carbossilici che hanno una catena carboniosa lineare, e che contengono un numero pari di atomi di carbonio compreso tra 4 e 26, sono detti acidi grassi, in quanto costituenti dei lipidi.

Le ammine

sono composti organici contenenti il gruppo amminico -NH 2 formato da un atomo di azoto legato a due atomi di idrogeno; si riconoscono dal suffisso –ammina, hanno carattere basico, sono importanti nel campo dell’alimentazione, in quanto entrano nella composizione di molte sostanze, anzitutto degli amminoacidi, sono responsabili della tossicità della carne e del pesce guasti e si forma a causa del deterioramento del pesce marino per opera dei microrganismi.

Le biomolecole

le macromolecole organiche di piccole dimensioni mediante un processo detto condensazione. Tutte le molecole hanno alle estremità un atomo di H e un gruppo U OH, e per ogni “mattoncino” che si aggiunge alla catena, viene eliminata una molecola di acqua Le cellule in grado di demolire le macromolecole mediante un processo detto idrolisi glucidi, protidi, lipidi e vitamine costituiscono i princìpi alimentari o nutritivi

Domande

1. Gli elementi vengono rappresentati sulla tavola periodica esistono circa 100 elemnti e solo 10 fanno parte dei essere viventi: ossigeno, azoto, idrogeno e carbonio.
2. Struttura dell’atomo
3. Stato John Dalton
4. La molecola e la parte più piccola che costituisce l’atomo e si formano quando si combinano con altri atomi uguali o diversi che viene
5. Lo decide l’Unione Europea di chimica e applicata
6. La reazione esotermica si ha quando l’energia viene emessa dall’ambiente esterno invece quella endotermica quando l’energia si produce/ viene dall’ambiente esterno
7. Le sostanze acide contengono più ioni H- quando vengono disciolti in acqua come per esempio il limone
8. Il Ph viene definito come le sostanze o l’acidità che contiene un determinato alimento per capire quanto Ph in una sostanza ci basiamo su una tabella che va da 0 a 14 infatti da 0 a 6 l’acidità sarà più presente e da 8 a 14 di meno il numero 7 vuol dire che la sostanza e neutra
9. Le sostanze che tengono il Ph acido possono essere il limone, la salsa di pomodoro
10. Le sostanze basiche contengono una quantità minore di ph come per esempio la soda o
11. La chimica organica studia i composti vegetali e animali del carbonio e i suoi derivati
12./13. Il carbonio non si lega con molte sostanze ma se si legano creano strutture lunghissime e possono essere lineari, ramificate, aperte o chiuse
14. Il gruppo funzionale è una parte della struttura di una molecola caratterizzata da specifici elementi e da una struttura ben definita