Concetti Chiave
- Il carbonio è fondamentale per la vita, presente in tutti gli organismi viventi sotto forma di composti organici, grazie alla sua versatilità nella formazione di molecole.
- I composti organici possono essere rappresentati attraverso diverse formule, come la struttura di Lewis, formule razionali, condensate e topologiche, ognuna con un focus specifico sui legami chimici.
- L'isomeria si verifica quando composti con la stessa formula chimica presentano strutture diverse, suddividendosi in isomeria di struttura e stereoisomeria, ognuna con ulteriori categorie.
- La stereoisomeria comprende forme conformazionali e configurazionali, differenziandosi per l'orientamento spaziale degli atomi e la possibilità di rotazione attorno ai legami.
- L'ibridazione del carbonio, fondamentale nella formazione di molecole come il metano, coinvolge la combinazione di un orbitale s e tre orbitali p, generando quattro orbitali sp3 con un angolo di legame di 109,5°.
Qual è l'importanza del 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
Formule dei composti organici
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 e suoi tipi
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
Stereoisomeria e sue forme
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 del carbonio
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).
Proprietà dei 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?
- Quali sono le diverse formule utilizzate per rappresentare i composti organici?
- Che cos'è l'isomeria e quali sono i suoi tipi?
- In cosa consiste l'ibridazione del carbonio?
- Quali sono le proprietà dei composti organici?
Il carbonio è fondamentale negli organismi viventi poiché forma composti organici essenziali, grazie alla sua versatilità che consente la creazione di numerose molecole, assumendo valori di ossidazione da -4 a +4 e condividendo elettroni.
I composti organici possono essere rappresentati tramite diverse formule: struttura di Lewis, formule razionali, formule condensate e formule topologiche, ognuna evidenziando aspetti specifici dei legami e della struttura molecolare.
L'isomeria è il fenomeno in cui composti con la stessa formula chimica presentano strutture diverse. Si divide in isomeria di struttura e stereoisomeria, con ulteriori sottocategorie come isomeria di catena, posizione e gruppo funzionale.
L'ibridazione del carbonio avviene attraverso la combinazione di un orbitale s e tre orbitali p, formando quattro orbitali sp3. Questo processo è fondamentale per la formazione di molecole come il metano, con un angolo di legame di 109,5°.
I composti organici solidi presentano temperature di fusione variabili, non conducono elettricità e sono generalmente insolubili in acqua, ma solubili in solventi organici. Bruciano in presenza di aria formando diossido di carbonio e acqua, mentre in assenza di aria si decompongono.
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