Propedeutica biochimica (cinetica chimica, velocità reazioni)

Legame covalente

È formato da una coppia di e⁻ messa in compartecipazione tra due atomi. Ciascun atomo (dei 2 presenti) fornisce un elettrone e si forma il legame covalente polare o apolare. Entrambi gli e⁻ sono messi a disposizione dello stesso atomo → legame covalente dativo. La differenza di elettronegatività nel legame covalente è Δχ.

Legame covalente apolare (puro)

Il legame è detto puro se i 2 atomi del legame sono identici. Il doppietto elettronico è condiviso equamente.

Cl ·· Cl → ·Cl · Cl· → ::Cl · Cl::Cl — Cl: Cl₂

• Legame singolo → condivisione 1 coppia e⁻.
• Doppio → condivisione 2 coppie e⁻.
• Triplo → condivisione 3 coppie e⁻.

Legame covalente polare

Entra in gioco il concetto di polarità. La coppia elettronica di legame si sposta verso l’atomo a maggiore elettronegatività. Si ha quindi la separazione di fasci di carica o cariche parziali.

Legame covalente

È formato da una coppia di e⁻ messa in condivisione tra due atomi. Ciascun atomo (dei 2 presenti) fornisce un elettrone e si forma il legame covalente polare o apolare. Entrambi gli e⁻ sono messi a disposizione dallo stesso atomo -> legame covalente dativo. La differenza di elettronegatività nel legame covalente è Δx<1.

La forza del legame è collegata all’entalpia. L'entalpia di legame è l'en. che si libera con la rottura del legame considerato. I legami di ordine maggiore sono più forti e le entalpie sempre positive. La lunghezza del legame è correlata alla forza.

Legame covalente apolare (puro)

Il legame è detto puro se i 2 atomi del legame sono identici. Il doppietto elettronico è condiviso equamente.

Cl· ·Cl· -> Cl⠂Cl -> Cl⠂Cl

Cl—Cl; Cl₂

• Legame singolo -> condivisione 1 coppia e⁻.
• Doppio -> condivisione 2 coppie e⁻.
• Triplo -> condivisione 3 coppie e⁻.

Legame covalente polare

Entra in gioco il concetto di polarità. La coppia elettronica di legame si sposta verso l’atomo a maggiore elettronegatività. Si ha quindi la separazione di regioni di carica o cariche parziali.

Cinetica chimica

Ci sono 2 aspetti fondamentali nelle reazioni:

• Calcolo della velocità di una reazione.
• Termodinamica chimica.

La cinetica chimica studia come le molecole interagiscono tra di loro e la possibilità di generarne di nuove. Si fa riferimento ad un modello che è il Modello della teoria degli urti: come si passa da reagenti a prodotti seguendo una legge.

Reagenti: A+B → AB → prodotto.

• Le molecole si devono urtare.
• Considerare se l’urto è efficace o meno.
• Si arriva alla formazione di molecole.
• Se l’urto non è efficace non cambia nulla e non si formano molecole.

Sia per i reagenti che per i prodotti en. pot. reagenti > en. pot. prodotti (se fosse il contrario la reazione non potrebbe avvenire), questo per avere maggiore stabilità. La trasformazione avviene tramite urti efficaci.

Viene modificato il sistema = complesso attivato (rottura e riformazione di legami). Si individua uno stato intermedio non regolare con energia molto più alta di quella dei reagenti e dei prodotti.

C'è una differenza di energia di attivazione (E_a, cioè tra l'en. di trasformazione e di quella dei reagenti: è un superamento di un livello energetico.

L'urto avviene ma l'energia creata non supera l'en. di attivazione. L'urto avviene ma non è efficace. Quindi i reagenti non si trasformano in prodotti: (graficamente è nella parte di salita della curva).

L'urto è efficace perché genera un'energia tale da far superare il valore dell'en. di attivazione. (graficamente arriva in cima alla curva). L'en. deve portare alla rottura dei legami e deve avere la giusta direzione.

Il complesso attivato è definito anche stato di transizione ad elevata energia.

Velocità delle reazioni

A → B

v = - (Δ[A] / Δ[t]) = k[A]ⁿ

La velocità delle reazioni è influenzata da 3 parametri:

• Concentrazione dei reagenti: questo influenza direttamente la reazione. Maggiore è la concentrazione e maggiore sarà la velocità. La velocità a t=0 è massima, nel tempo la velocità diminuisce. Riferita ad A, B avrà velocità massima alla fine perché avrà concentrazione maggiore.
• Temperatura, aumento dell'en. cinetica dei reagenti. Questo perché gli urti sono più efficaci. All’aumento di T aumenta fac. dell'en cin.
• Presenza di catalizzatore: concetto di catalisi. Questo vede l’utilizzo di sostanze che aumentano la velocità della reazione, devono mostrare di rimanere inalterati. Il catalizzatore non deve cambiare la reazione, non portare quindi a prodotti diversi.

Catalizzatori ed enzimi

Ce ne sono di 2 nature:

• Di natura chimica: possono essere recuperati e riutilizzati in altre reazioni.
• Di natura biologica, conosciuti come enzimi. Generalmente sono proteine, ma possono essere anche altre sostanze associate a proteine.

Possono funzionare se l'en dei reagenti è > di quella dei prodotti. (non agiscono a livello termodinamico). Operano a pH 7 e T° di 35°C - in condizioni "dolci".

• Sono molto efficienti.
• Altamente specifici e selettivi.

Entrano in gioco in reazioni termodinamicamente possibili. Inoltre non variano la costante di equilibrio della reazione. Aumentano solo la velocità d'attivazione della reazione.

Maggiore è l'en. d'attivazione e quindi ΔE_a, maggiore sarà il tempo impiegato. Con il catalizzatore si abbassa l'en. d'attivazione. In questo modo le molecole che senza catalizzatore non riuscirebbero ad arrivare all'en. d’attivazione ora possono.