Biologia animale - prime lezioni

- LEGAME COVALENTE PURO O APOLARE:

Un legame covalente viene detto "puro" quando si verifica tra atomi con

valori identici o molto simili di elettronegatività, cioè (l’elettronegatività è)

la capacità di un atomo di attrarre a sé gli elettroni in un legame chimico.

In questo caso, gli elettroni condivisi sono equamente distribuiti tra le due

cariche.

Quando due atomi di idrogeno si uniscono per formare una molecola di H₂,

si crea un legame covalente puro, poiché i due atomi di idrogeno hanno la

stessa elettronegatività. In un legame covalente puro, gli elettroni

vengono condivisi in modo equo tra i due atomi, poiché hanno la stessa

capacità di attrarre gli elettroni. La nube elettronica che si forma tra di

essi ha quindi una distribuzione simmetrica.

Il legame covalente è considerato un legame forte. In particolare, i due

atomi sono uniti da forze tali da mantenere una distanza tipica di circa 0,1

nm (nanometri). Questa breve distanza implica che l'interazione è molto

forte, poiché gli elettroni condivisi formano una zona stabile in cui la forza

di attrazione tra i nuclei e gli elettroni mantiene salda la struttura della

molecola.

In breve:

Un legame covalente puro si forma tra atomi con elettronegatività

 uguale o simile.

Gli elettroni vengono condivisi equamente.

 L'elettronegatività rappresenta la capacità di un atomo di attrarre

 elettroni, mentre gli atomi elettropositivi tendono a cedere elettroni.

I legami covalenti sono forti e tipicamente si formano a una distanza

 di circa 0,1 nm.

- Legame covalente polare:

Legame covalente polare:

Il legame covalente polare si verifica quando due atomi con una differenza

significativa di elettronegatività condividono una coppia di elettroni. In

questo caso, l'atomo con l'elettronegatività maggiore esercita una forza di

attrazione più forte sugli elettroni condivisi. Di conseguenza, la nube

elettronica si trova più vicina all'atomo più elettronegativo, e ciò crea una

distribuzione asimmetrica della carica elettronica.

Questo tipo di legame crea un dipolo elettrico: l'atomo più elettronegativo

acquisisce una parziale carica negativa (δ-), mentre l'altro atomo, meno

elettronegativo, acquisisce una parziale carica positiva (δ+).

Esempi di legami covalenti polari:

 H-Cl (acido cloridrico): Il cloro è molto più elettronegativo

o dell’idrogeno; quindi, attira gli elettroni condivisi più verso sé

stesso, generando una carica parziale negativa sul cloro (δ-) e

una carica parziale positiva sull'idrogeno (δ+).

H-O (in H₂O): Nella molecola d'acqua, l'ossigeno è molto più

o elettronegativo dell'idrogeno, quindi attira maggiormente gli

elettroni, creando un dipolo permanente con cariche parziali

negative sull'ossigeno e cariche parziali positive sugli idrogeni.

N-H (in NH₃, ammoniaca): L'azoto, essendo più elettronegativo

o dell'idrogeno, attrae gli elettroni verso sé stesso, creando

cariche parziali negative sull'azoto e positive sugli idrogeni.

Nel caso di legami polari, le molecole risultanti sono spesso idrofile, cioè

capaci di interagire bene con l'acqua, proprio grazie alla loro distribuzione

di cariche che favorisce la formazione di legami idrogeno con le molecole

d'acqua.

Differenza tra legame covalente apolare e polare:

Legame covalente apolare: Si verifica quando gli atomi che

 condividono elettroni hanno la stessa elettronegatività o valori

molto simili. Gli elettroni sono equamente condivisi e la molecola

non presenta cariche parziali. Questo tipo di legame si trova spesso

in molecole formate da atomi uguali o molto simili (come negli

idrocarburi, in H₂, O₂, ecc.).

Legame covalente polare: Si verifica quando c'è una differenza

 significativa di elettronegatività tra gli atomi coinvolti. Gli elettroni

condivisi sono attratti maggiormente dall'atomo più elettronegativo,

portando alla formazione di un dipolo con cariche parziali positive e

negative. Questo tipo di legame si trova in molecole come l'acqua

(H₂O), dove l'ossigeno ha una forte elettronegatività rispetto

all'idrogeno.

Elettronegatività:

L'elettronegatività è una proprietà chimica che indica la capacità di un

atomo di attrarre verso di sé gli elettroni di legame. Più un atomo è

elettronegativo, più tende ad attrarre gli elettroni condivisi in un legame

covalente.

Atomi con alta elettronegatività: Atomi come fluoro (F), ossigeno

 (O), e azoto (N) hanno elevata elettronegatività e tendono a

trattenere fortemente gli elettroni.

Atomi con bassa elettronegatività: Atomi come il carbonio (C) e

 l'idrogeno (H) hanno un'elettronegatività relativamente bassa e

tendono a condividere gli elettroni con altri atomi con meno forza.

L'elettronegatività relativa tra due atomi determina se il legame sarà

apolare (equamente condiviso) o polare (attrazione disuguale degli

elettroni).

- Legame ionico:

Il legame ionico si verifica quando un atomo cede elettroni a un altro

atomo, permettendo ad entrambi di raggiungere una configurazione

elettronica stabile, simile a quella di un gas nobile. Questo scambio di

elettroni si basa sulla differenza di elettronegatività tra i due atomi

coinvolti.

Nel caso del cloruro di sodio (NaCl), l'atomo di sodio (Na) ha un solo

elettrone nel suo guscio elettronico più esterno, l'orbitale 3s. Questo lo

rende altamente instabile, poiché tende a "liberarsi" di quell'elettrone per

raggiungere una configurazione stabile come quella dell'argon, che è il

gas nobile più vicino (con 8 elettroni nel guscio esterno). Quando il sodio

cede questo elettrone, diventa uno ione positivo (Na⁺) con un guscio

esterno completo.

L'atomo di cloro (Cl), invece, ha sette elettroni nel suo guscio più esterno

e "desidera" acquisire un ottavo elettrone per completare il proprio

ottetto, raggiungendo la configurazione stabile del gas nobile argo.

Quando il cloro accetta l'elettrone ceduto dal sodio, diventa uno ione

negativo (Cl⁻), con una carica negativa in eccesso.

Poiché gli ioni Na⁺ e Cl⁻ hanno cariche opposte, si attraggono fortemente

tra loro, formando un solido reticolo cristallino ionico. Questo è il motivo

per cui il cloruro di sodio esiste come un insieme di cristalli solidi, dove

ogni ione è circondato da ioni di carica opposta.

Dissoluzione in acqua

Quando il NaCl viene messo in acqua, avviene il fenomeno della

dissoluzione:

Le molecole d'acqua, essendo polari, hanno una regione con carica

 parzialmente negativa (l'ossigeno) e una con carica parzialmente

positiva (gli idrogeni).

Le cariche parzialmente negative degli atomi di ossigeno dell'acqua

 sono attratte dallo ione sodio (Na⁺), positivo, e tendono a

staccarlo dal legame con il cloro.

Contemporaneamente, le cariche parzialmente positive degli atomi

 di idrogeno dell'acqua sono attratte dallo ione cloro (Cl⁻),

negativo, separandolo dallo ione sodio.

Quando il NaCl si dissolve, ogni ione Na⁺ e Cl⁻ viene circondato da

molecole d'acqua, impedendo agli ioni di ricombinarsi e permettendo loro

di rimanere dispersi nella soluzione. Questo processo permette al sale di

dissolversi completamente in acqua.

- LEGAME IDROGENO:

Il legame idrogeno è fondamentale in molte strutture biologiche e

processi vitali. Questo tipo di legame si verifica quando un atomo di

idrogeno, legato covalentemente a un atomo fortemente

elettronegativo (come l'ossigeno, l'azoto o, in alcuni casi, il fluoro),

interagisce con un altro atomo elettronegativo.

Come si forma il legame idrogeno

1. L'idrogeno è legato a un atomo molto elettronegativo:

In una molecola, l'idrogeno si lega con un atomo fortemente

o elettronegativo come ossigeno (O), azoto (N) o fluoro (F)

attraverso un legame covalente polare.

Poiché l'atomo elettronegativo attira gli elettroni verso di sé

o più di quanto lo faccia l'idrogeno, gli elettroni condivisi nel

legame sono spostati verso l'atomo più elettronegativo.

Questo fa sì che l'idrogeno acquisisca una leggera carica

o positiva (δ+), diventando parzialmente elettropositivo.

2. Interazione con un altro atomo elettronegativo:

L'idrogeno, essendo parzialmente positivo, è ora attratto da

o un altro atomo che possiede una parziale carica negativa

(δ−). Di solito, questo secondo atomo è ossigeno (O), azoto

(N) o fluoro (F) in un'altra molecola o in una parte diversa

della stessa molecola.

Questa attrazione tra il parziale positivo dell'idrogeno e il

o parziale negativo dell'altro atomo crea il legame idrogeno.

3. Forza del legame idrogeno:

Il legame idrogeno è più debole rispetto a un legame

o covalente, ma è abbastanza forte da influenzare la struttura

e la stabilità delle molecole in cui si forma. Ad esempio, i

legami idrogeno stabilizzano la doppia elica del DNA e sono

importanti nella struttura tridimensionale delle proteine.

Esempio: l'acqua (H₂O)

Nella molecola d'acqua:

L'ossigeno è molto più elettronegativo dell'idrogeno, quindi

 l'ossigeno attira gli elettroni del legame covalente, rendendosi

parzialmente negativo (δ−), mentre gli atomi di idrogeno

diventano parzialmente positivi (δ+).

Questi idrogeni parzialmente positivi di una molecola d'acqua

 vengono attratti dagli ossigeni parzialmente negativi di altre

molecole d'acqua, formando legami idrogeno. Questi legami

idrogeno conferiscono all'acqua molte delle sue proprietà uniche,

come la capacità di formare strutture ordinate e la coesione tra

molecole.

Lezione 3:

Molecole polari e legami con l'acqua (idrofiliche)

Le molecole che sono in grado di formare legami a idrogeno con l'acqua

sono considerate polari o idrofiliche (dal greco "idros" = acqua e "philia" =

amore), cioè, sono attratte dall'acqua. Questo accade perché le molecole

polari possiedono una distribuzione asimmetrica delle cariche elettriche.

Hanno regioni parzialmente positive e parzialmente negative, che possono

interagire con le molecole d'acqua (che sono anch'esse polari). Queste

interazioni si manifestano attraverso legami idrogeno, che sono legami

deboli ma fondamentali per solubilizzare queste molecole in acqua.

Esempi comuni di molecole polari e idrofiliche inc