Chimica e Materiali

Legami chimici

Legami forti e legami deboli

Legami forti

• Legame covalente
• Legame atomico: condivisione di e--
• Legame dativo

Legami deboli

• Legame ionico
• Legame elettrostatico: perdita o guadagno di e--
• Legame idrogeno
• Legami di Van der Waal

Differenza di elettronegatività

La differenza di elettronegatività (Δx):

• >1,7 Ionico
• 0,4-1,7 Covalente polare
• <0,4 Covalente puro
• 0 Covalente apolare

Covalente apolare e polare: si formano solitamente tra 2 non metalli o tra un non metallo e un metalloide.

Es. Cs = 0,7 Cl = 3,0 3,0 – 0,7 = 2,3 IONICO

H = 2,1 S = 2,5 2,5 – 2,1 = 0,4 COVALENTE POLARE

N = 3,0 N = 3,0 3,0 – 3,0 = 0 COVALENTE APOLARE

Legame ionico

Legame ionico: un metallo e non metallo.

• Risulta dalla forza elettrostatica tra catione e anione.
• Legame debole.
• Si forma tra atomi con grandi differenze nelle loro tendenze a cedere/acquistare e--.
• Nel legame ionico ogni ione è un'unità a sé stante, attratto da forze coulombiane degli ioni di segno opposto che lo circondano e non si formano né orbitali né molecole.

Legame covalente

Legame covalente: 2 non metalli o tra un metalloide e un non metallo.

• Risulta dalla forza di attrazione tra 2 atomi che condividono una o più coppie di elettroni.
• Legame forte.
• Con il legame covalente si formano molecole, in cui gli atomi sono legati tra di loro da orbitali molecolari, con compartecipazione di e--.
• È il più comune tra gli atomi non metallici.

Legame ionico: trasferimento di elettroni

Legame ionico: un metallo e non metallo.

Si forma dopo il trasferimento di 1 o + elettroni del guscio di valenza da un atomo di elettronegatività inferiore al guscio di valenza di un atomo di elettronegatività maggiore.

• L'atomo + elettronegativo: guadagna 1 e- di valenza, diventando anione.
• L'atomo – elettronegativo: perde 1 e- di valenza, diventando catione.

Serve quindi una grande differenza di elettronegatività >1,9.

• Metallo: quello meno elettronegativo, infatti cede il suo o i suoi 2 e- di valenza.
• Non metallo: più elettronegativo, riceve gli elettroni.

Legame covalente: condivisione di elettroni

Legame covalente: 2 non metalli o un metalloide e un non metallo.

• Si forma quando coppie di elettroni sono condivise tra 2 atomi (modo principale in cui gli atomi interagiscono).
• Δx è <1,9.
• Una coppia di elettroni condivisi è considerata localizzata tra i due atomi perché trascorre lì la maggior parte del tempo, legandoli in un legame covalente di data lunghezza e forza.
• La forza del legame dipende dall’intensità dell’attrazione tra i due nuclei legati e gli elettroni condivisi.

Mentre prima ogni e- girava intorno ad un solo nucleo, ora girerà attorno a 2 nuclei, e i 2 e- gireranno intorno a ciascun nucleo, formando così un orbitale molecolare che comprende entrambi i nuclei.

L'orbitale molecolare si forma quindi unendo 2 orbitali atomici, che contengono ciascuno un solo elettrone.

Tipi di legame covalente

A seconda del Δx tra gli atomi legati, il legame può essere:

• Covalente puro (omopolare): tra atomi uguali o con Δx compresa tra 0-0.4, mettendo in compartecipazione una coppia di e- in un orbitale che abbraccia entrambi gli atomi. Avviene quindi tra atomi uguali non metallici.
• Covalente polare: tra atomi con differenze di elettronegatività tra 0.41-1.89, e gli e- del legame saranno più o meno attratti dall’atomo più elettronegativo, quindi l’orbitale sarà asimmetrico perché vi è una separazione di cariche. Non si tratta di un legame puro perché ha caratteristiche elettrostatiche. Avviene tra atomi diversi non metallici.

Legame dativo

Solo nel legame dativo entrambi gli elettroni condivisi appartengono allo stesso atomo.

L'atomo che fornisce gli e- si chiama donatore, ma deve aver prima raggiunto l’ottetto.

• L'atomo che riceve gli e- si chiama accettore, deve avere un orbitale vuoto.
• L'atomo che ha già raggiunto l’ottetto fonde un suo orbitale contenente un doppietto con un orbitale vuoto di un altro atomo.

Gli ioni di metalli di transizione hanno molti orbitali vuoti, quindi possono essere accettori di legame dativo.

Quando un metallo o ione metallico viene circondato da atomi donatori di elettroni, si formano composti di coordinazione o complessi.

Macromolecole

Macromolecole:

• Costituite da monomeri.
• L'ordine esatto in cui sono disposti i diversi monomeri è importante per la funzione del polimero.
• Non c’è un limite al modo in cui possono susseguirsi.

➜ ➜ subunità macromolecole complesso macromolecolare

Le subunità si uniscono tra loro tramite legami covalenti (forti e stabili), a formare delle catene che costituiscono le macromolecole. Le macromolecole si associano tra loro tramite legami più deboli, detti non covalenti, a formare un complesso molecolare.

Modalità con cui sono costruite le macromolecole

• Le lunghe catene che costituiscono un polimero sono costruite tramite condensazione (reazioni di disidratazione):

→ Un gruppo –OH (ossidrilico) è rimosso da un monomero e un H è rimosso dall’altro monomero, e ciò corrisponde all’eliminazione di 1 H O₂.

• Le catene vengono invece degradate da reazioni di idrolisi:

→ Viene aggiunta 1 H O anziché rimossa, tramite il legame di 1 H ad una subunità ed il gruppo –₂OH all’altra.

Carboidrati

Carboidrati C (H O)_n 2 n

Composti ternari costituiti da C, H e O in rapporto 1:2:1. Sono idrati di carbonio e composti polifunzionali (nella stessa molecola sono presenti più gruppi funzionali diversi):

• Gruppi alcolici (-OH).
• Gruppi carbonilici (C=O).
• Aldeide.
• Chetone.

Funzioni

1. Fonte energetica nelle ossidazioni.
2. Riserva energetica (amido, glicogeno).
3. Sostegno (chitina, cellulosa).
4. Segnali biologici.
5. Presenti in coenzimi ed acidi nucleici.

Classificazione dei carboidrati

Si dividono in:

• Monosaccaridi: unità singole di carboidrati con funzione aldeidica o chetonica insieme a 1 o più gruppi idrossilici.
• Disaccaridi: 2 unità di monosaccaridi (legame glicosidico).
• Oligosaccaridi: da 2 fino a 20 residui di monosaccaridi.
• Polisaccaridi: molti monosaccaridi, chiamati anche glicani.

Classificazione.

In base alla struttura:

1. Monosaccaridi: 1.
2. Disaccaridi: 2.
3. Polisaccaridi: >20.

In base ai n° di C:

• Triosi: 3.
• Tetrosi: 4.
• Pentosi: 5.
• Esosi: 6.
• Eptosi: 7.

In base ai gruppi funzionali:

• Aldosi.
• Chetosi.

Monosaccaridi

Sono aa legati da legami peptidici, costituiti da almeno 3 C.

Importanti monosaccaridi:

• Gliceraldeide.
• Diidrossiacetone.
• Glucosio: aldoesoso.
• Fruttosio: chetoesoso.
• Galattosio.
• Ribosio: aldopentoso.
• Deossiribosio.

Ogni inserimento di un gruppo H-C-OH determina l’introduzione di un nuovo centro chirale.

Possono essere, in base alla loro configurazione nello spazio e i gruppi funzionali presenti:

• D-aldosi.
• D-chetosi.

Epimeri: due monosaccaridi che appartengono alla stessa serie sterica (L o D) ma differiscono solo per 1 C asimmetrico (es. glucosio-mannosio e glucosio-galattosio).

Ciclizzazione dei monosaccaridi

In genere, un monosaccaride è rappresentato in forma lineare e piatta, cioè una catena aperta con vari gruppi –OH e un gruppo carbonilico (aldeide o chetone). In realtà, in soluzione acquosa, queste catene di carbonio non rimangono piatte: si piegano nello spazio favorendo reazioni interne.

I monosaccaridi hanno gruppi funzionali diversi sulla stessa molecola:

• Un gruppo carbonilico (aldeidico: sul C1; chetonico: sul C2).
• Diversi gruppi –OH lungo la catena.

Quando la catena si piega nella giusta conformazione, uno di questi gruppi