Riassunto esame Chimica generale e inorganica , Prof. Rossi Antonio, libro consigliato Chimica e biochimica per le lauree triennali, M. samaja - R. Paroni

Il legame chimico

Il legame chimico è quel modo con cui gli atomi sono legati tra loro per costituire molecole. Nella formazione dei legami sono coinvolti gli elettroni degli orbitali più esterni (elettroni di valenza). L'elettronegatività è definita come la tendenza di un elemento ad attirare gli elettroni di legame. Un atomo più elettronegativo ha maggiore tendenza ad acquistare elettroni, mentre uno meno elettronegativo ha maggior tendenza a cedere. L'elettronegatività aumenta lungo il periodo e diminuisce lungo un gruppo.

Classificazione

• Legame covalente
• Legame elettrostatico
• Legami ionici
• Legami a idrogeno

Legame covalente: si forma tra atomi che mettono in compartecipazione una o più (al massimo 3 coppie) di elettroni appartenenti all'ultimo livello energetico. Si forma così l'entità stabile, detta molecola. Esistono diversi tipi di legame covalente:

• Legame covalente omopolare: si forma tra atomi identici o tra atomi in cui vi è

sia una differenza di elettronegatività < 0.4.

• Legame covalente eteropolare: si forma tra specie atomiche diverse in cui vi sia una differenza di elettronegatività tra 0.4 e 1.7. L'atomo più elettronegativo esercita una forza di attrazione maggiore sugli elettroni. Gli elettroni nell'orbitale molecolare sono distribuiti asimmetricamente.
• Legame covalente polare: il doppietto elettronico è condiviso in maniera differente tra i due atomi (non sono equamente condivisi), risultando spostato verso l'atomo che ha su di esso un potere attrattivo maggiore, ovvero l'atomo più elettronegativo.

Legame ionico Quando la differenza di elettronegatività tra due elementi è elevata (>1.7). Si può avere il trasferimento di uno o più elettroni da un atomo a un altro con la formazione di un catione o anione. Una volta formati l'anione e il catione si attraggono elettrostaticamente.
Legame a idrogeno Legame

Il legame a idrogeno è un legame elettrostatico dipolare direzionale che avviene quando un atomo di idrogeno fa da ponte tra due atomi molto elettronegativi (ossigeno, azoto e fluoro) ad uno dei quali è legato covalentemente. La formazione dei legami a idrogeno tra molecole di acqua è il motivo per il quale essa è allo stato liquido. I legami a idrogeno hanno una grande importanza biologica in quanto intervengono nella stabilizzazione della doppia elica del DNA e nella formulazione della struttura delle proteine.

LA TERMODINAMICA

La termodinamica studia i trasferimenti di energia che interessano la materia.

Trasformazioni esotermiche ed endotermiche:

• Trasf esotermiche: calore da sistema → ambiente. Avviene la trasformazione di energia chimica in energia termica.
• Trasf endotermiche (rare): assorbono calore dall'ambiente. Avviene la trasformazione di energia termica in energia chimica.

Principi della termodinamica:

1. L'energia totale del sistema e dell'ambiente non può cambiare:

"

“l’energia non può essere né creata né distrutta: essa si trasforma da una forma all’altra, ma la somma dell’energia rimane costante”.

“Tutte le reazioni avvengono spontaneamente nella direzione che aumenta l’entropia dell’universo (sistema + ambiente)”.

LE SOLUZIONI

Hanno composizioni uniformi e al loro interno non è possibile distinguere i diversi componenti.

• Fase disperdente, solvente, è la parte più abbondante.
• Fasi disperse, soluto, di solito di minor quantità.

Dal punto di vista della biologia sono importanti le soluzioni in cui il solvente è liquido (acqua), mentre il soluto può essere solido, liquido o gassoso.

Solubilità delle soluzioni

Una soluzione si forma se le particelle di soluto si mescolano con le molecole di solvente. Affinché il soluto A si sciolga nel solvente B, bisogna rompere i legami tra A-A e quelli B-B, quindi far in modo che

"sostanze idrofobiche sono respinte dall'acqua e tendono a raggrupparsi tra loro formando aggregati o gocce. Questo fenomeno è alla base della formazione di emulsioni, come ad esempio l'olio che si mescola con l'acqua per formare una sospensione. L'acqua e le sostanze polari Le sostanze polari sono solubili in acqua perché possono formare legami con le molecole d'acqua attraverso legami idrogeno. Questi legami sono deboli ma numerosi, e permettono alle molecole polari di disperdersi uniformemente nella soluzione. Le sostanze polari sono anche dette idrofile. La solubilità delle sostanze La solubilità di una sostanza dipende da diversi fattori, tra cui la natura chimica del soluto e del solvente, la temperatura e la pressione. In generale, le sostanze polari si dissolvono meglio in solventi polari, mentre le sostanze non polari si dissolvono meglio in solventi non polari. La solubilità di una sostanza può essere espressa in diverse unità di misura, come ad esempio grammi per litro o moli per litro. La solubilità di una sostanza può essere influenzata anche dalla presenza di altre sostanze in soluzione, come ad esempio gli elettroliti che possono aumentare la solubilità di altre sostanze. In conclusione, la solubilità è una proprietà fondamentale delle sostanze e dipende dalla natura chimica del soluto e del solvente, dalla temperatura e dalla pressione. L'acqua è un solvente molto importante nei sistemi biologici e può sciogliere una grande varietà di sostanze grazie alla sua polarità e alla capacità di formare legami idrogeno.

Sostanze non polari sono anche dette sostanze idrofobiche. Alcune sostanze hanno una parte della molecola polare e una parte non polare e sono dette sostanze anfipatiche.

Pressione osmotica

Il comportamento delle molecole di solvente e di soluto in una soluzione danno luogo a fenomeni di diffusione e osmosi. Tali fenomeni manifestano la loro importanza ogni volta che ci si trova a comportamenti separati da una membrana, tra i quali può avvenire/inibito il passaggio di soluti.

Tipi di membrana e passaggi di soluti

• Membrana permeabile → rallenta solo il mescolamento delle sol che separa ma è permeabile sia al solvente che al soluto.
• Membrana semipermeabile → lascia passare solo il solvente e non i soluti.
• Membrana selettivamente permeabile → lascia passare il solvente e alcuni soluti mentre è impermeabile alla maggior parte di questi ultimi.

La membrana cellulare è un esempio di membrana selettivamente permeabile = passaggio selettivo di soluti.

Il passaggio può essere condizionato dalla presenza sulla membrana di trasportatori o canali. Osmosi Passaggio spontaneo di solvente attraverso una membrana semipermeabile. Non permette passaggio di soluto e l'equilibrio tra A e B viene ristabilito grazie al passaggio di acqua da B ad A → soluzione più concentrata viene diluita fino a = concentrazioni in entrambi i comparti. L'aumento del volume nel comparto A genera una pressione idrostatica, che impedisce ogni ulteriore passaggio di solvente verso la soluzione più concentrata opponendosi all'osmosi sino ad arrestare = pressione osmotica. Pressione osmotica = pressione che si deve esercitare su una soluzione posta a contatto con il suo solvente tramite una membrana semipermeabile per impedire il processo di osmosi. Proprietà osmotiche delle soluzioni - Ipertonica → maggiore osmolarità e pressione osmotica della soluzione di riferimento. - Ipotonica → minore osmolarità e pressione osmotica della soluzione di riferimento.

pressione osmotica della sol diriferimento.

• Isotonica → stessa osmolarità e pressione osmotica della sol diriferimento.

ACIDI E BASI

Teoria acido-base di Arrhenius

ACIDO: qualsiasi sostanza che si dissocia in soluzione acquosa liberano ioni H+ (idrogenioni) HA → H+ + A-

BASE: qualsiasi sostanza che si dissocia in soluzione acquosa liberano ioni OH- (ossidrilioni) BOH → B+ + OH-

Teoria acido-base di Bronsted

“Una sostanza si comporta da acido quando trasferisce un protone ad un’altra sostanza che, accettandolo, si comporta da base”

Ad ogni acido corrisponde una base coniugata, ad ogni base un acido coniugato.

HA + B: → A- + BH+

acido base base acido coniugata coniugato

Gli acidi possono essere:

• Forti: in soluzione sono completamente dissociati. Acido cloridrico
• Deboli: in soluzione sono dissociati solo in parte. Acido lattico, Acido acetico, Acido formico

I SALI

Composto che si ottiene dalla reazione di un acido con una

base.Soluzioni tampone

Una soluzione in grado di mantenere costante il pH per piccole aggiunte di acidi o di basi

ELEMENTI DI CHIMICA INORGANICA

Formula di un composto → in grado di dare info sul numero degli atomiche costituiscono il composto e sul tipo e sul numero di legami chimiciche uniscono gli atomi.

2 tipi di formule chimiche:

• Formula molecolare (o bruta): es. C6H6
• Formula di struttura

Nomenclatura chimica

• Composti binari: contengono atomi di diversi elementi (es. CO2)
• Composti ternari: contengono atomi di tre diversi elementi (es. HNO3)

CHIMICA ORGANICA

Studia i composti del carbonio.

Configurazione del carbonio: il carbonio forma solo quattro legami.

IDROCARBURI

composti contenenti solo atomi di carbonio e idrogeno.

si suddividono in:

• Saturi → detti anche alcani, presentano soltanto legami singoli (-C-C-)
• Sono costituiti da molecole apolari punto non possono formare legami idrogeno con l'acqua e non sono solubili in acquosi.

Formula generale:

CnH2n+2Metano: CH₄➢ Etano: C₂H₆➢ Propano: C₃H₈➢ Butano: C₄H₁₀.➢− Insaturi → detti anche alcheni e alchini, presentano legami doppi etripli. Gli alcheni contengono almeno un doppio legame C-C ed hannoformula generale CNH_2n.Etene➢ Propene➢ Butene➢Aromatici: sono idrocarburi ciclici in cui la base è il benzene (C₆H₆).Dalla molecola del benzene derivano numerosi composti aromaticicome il naphthalene (C₁₀H₈) e l'acido acetilsalicilico (C₉H₈O₄).Composti eterociclici aromatici → uno o più atomi di carbonio sonosostituiti da altri elementi come S, O, N.AlcoliClasse di composti organici 5 presente il gruppo ossidrile o alcolico(-OH), la cui formula generale è: R-OH.Proprietà fisiche: il gruppo -OH presente negli alcoli e fortementepolarizzato questo significa che instaurano legami idrogeno. Perciò sonosolubili in solventi polari.Il suffisso caratteristico degli alcoli è -olo.Esempio: Metanolo, etanolo, propanolo,

butanolo. Gli alcoli possono essere classificati in: alcol primario, alcol secondario, alcol terziario.

Composti carbonilici. Gli aldeidi e i chetoni sono anche detti composti carbonilici perché possiedono il gruppo carbonile: C=O.

Aldeidi: nelle aldeidi il gruppo carbonilico si trova su un atomo di carbonio legato a un atomo di idrogeno e a un radicale R. R – CO – H. Prendono il suffisso -ale. Es. Metanale, etanale, propanale, butanale.

Chetoni: il gruppo carbonilico si trova su un atomo di carbonio legato a due radicali R. R – CO – R i chetoni.