Concetti Chiave
- La massa molecolare di una molecola è determinata dalla somma delle masse atomiche dei suoi atomi, come evidenziato con l'acqua (18 u) e il metano (16 u).
- Il carbonio è essenziale per la vita, poiché può formare una varietà di composti organici grazie alla sua capacità di creare quattro legami covalenti con altri atomi.
- Il metano, il composto organico più semplice, si forma attraverso la reazione di un atomo di carbonio con quattro atomi di idrogeno, stabilizzando il livello energetico dell'atomo di carbonio.
- I legami covalenti sono estremamente forti e richiedono molta energia per essere spezzati, conferendo stabilità alle molecole biologiche che li contengono.
- La stabilità dei legami covalenti è fondamentale per la struttura tridimensionale delle molecole biologiche e per il loro funzionamento all'interno degli organismi viventi.
Massa molecolare e tavola periodica
Ogni molecola, elemento o composto, possiede una massa molecolare (o peso molecolare), corrispondente alla somma delle masse atomiche di tutti i suoi atomi. Consultando la tavola periodica, si può calcolare che il peso molecolare dell’acqua è pari a 18 u e quello del metano a 16 u.
Quasi tutte le molecole sintetizzate dalle cellule sono costituite da atomi di carbonio legati tra loro o ad atomi di altri elementi. Il carbonio ha la capacità particolare di formare grandi molecole, molto diverse tra loro. Insieme all’acqua, i composti contenenti carbonio sono le sostanze più comuni negli organismi viventi. I composti contenenti carbonio sintetizzati dalle cellule appartengono alla categoria dei composti organici.
Legami covalenti del carbonio
Ogni elemento può formare un preciso numero di legami covalenti. L’atomo di carbonio possiede sei elettroni: due nel livello energetico più interno e quattro in quello più esterno. Poiché tale livello può contenere fino a otto elettroni, il carbonio è in grado di mettere in comune elettroni con quattro altri atomi, cioè può formare quattro legami covalenti.
Il più semplice composto organico, il metano, si forma quando un atomo di carbonio reagisce con quattro atomi di idrogeno. Nel metano, grazie alla condivisione degli elettroni, il livello energetico più esterno dell’atomo di carbonio è occupato da otto elettroni, mentre quello di ciascun atomo di idrogeno contiene due elettroni, ed è completo.
Stabilità dei legami covalenti
I legami covalenti sono legami molto forti, nel senso che occorre molta energia per spezzarli. L’energia posseduta di norma dalle molecole biologiche in condizioni fisiologiche (cioè nell’ambiente fisico-chimico tipico dei tessuti viventi) è meno dell’1% di quella necessaria a spezzare un legame covalente. Perciò le molecole biologiche, che in gran parte sono tenute insieme da legami covalenti, risultano alquanto stabili, come altrettanto stabili sono la loro struttura tridimensionale e il loro ingombro. Molte strutture ben definite dal punto di vista biochimico si basano sulla stabilità dei legami covalenti.
Domande da interrogazione
- Qual è la massa molecolare dell'acqua e del metano?
- Qual è la capacità unica del carbonio nella formazione di molecole?
- Perché i legami covalenti sono considerati stabili nelle molecole biologiche?
La massa molecolare dell'acqua è pari a 18 u, mentre quella del metano è di 16 u, come indicato nella tavola periodica.
Il carbonio ha la capacità di formare quattro legami covalenti grazie ai suoi sei elettroni, permettendo la creazione di grandi molecole molto diverse tra loro, fondamentali nei composti organici.
I legami covalenti sono molto forti e richiedono molta energia per essere spezzati; in condizioni fisiologiche, l'energia presente nelle molecole biologiche è inferiore all'1% di quella necessaria per romperli, garantendo così stabilità alle loro strutture.
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