Acqua - equilibri chimici

BIOCHIMICA – LEZIONE 2 – 29-04-2016

La solubilità di una molecola si traduce nella sua capacità di

interagire con l’acqua. Se ha invece la possibilità di formare

legami d’idrogeno o legami dipolo-dipolo la molecola sarà

solubile.

Le molecole anfipatiche sono caratterizzate da un’area della

molecola polare, la cosiddetta testa costituita da atomi di

idrogeno, e un’area apolare, denominata coda, costituita da

atomi di carbonio e idrogeno. Queste molecole possono

essere considerate molecole detergenti. Queste molecole

possono interagire con le molecole di grasso attraverso le

loro code lipofile disgregando l’aggregato e

successivamente le teste polari possono andare ad

interagire con l’acqua permettendo il dilavamento delle

molecole di grasso. La natura anfifilica di queste molecole

permette l’interazione sia con le cellule lipofile che con le

molecole polari di acqua.

Il termine anfotero viene utilizzato per indicare una qualità in

termini di reattività. Una sostanza anfotera è una sostanza

che oltre ad essere polare può comportarsi anche da acido

o base. Anfotero è un aggettivo più generico. Anfifilico e

anfipatico fanno riferimento alla dualità in termini di

polarità.

I passaggi di stato non sono delle trasformazioni chimiche

perché non c’è trasformazione della struttura chimica dei

componenti del sistema. Le trasformazioni chimiche

determinano invece delle alterazioni della composizione

molecolare.

Le reazioni di ossido-riduzione sono delle trasformazioni

chimiche. Infatti da alcuni reagenti(fase iniziale) otteniamo

alcuni prodotti(fase finale) che sono chimicamente diversi

dai reagenti.

Un processo endoergonico per avvenire richiede energia.

Un processo esoergonico avviene spontaneamente e

rilascia energia.

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TERMODINAMICA: è quella branca della fisica e della

chimica che studia le variazioni energetiche associate alle

trasformazioni.

CINETICA: è quella branca della fisica e della chimica che

studia la velocità con cui avviene una trasformazione.

L’energia libera di Gibbs è una forma di energia utilizzata

in termodinamica.

Per si intende la variazione tra l’energia del sistema

∆G

nello stato finale e l’energia del sistema nello stato iniziale.

Nel caso di un processo esoergonico il processo favorito

è quello che va dai reagenti ai prodotti (processo diretto)

perché termodinamicamente favorito, mentre il processo

inverso è termodinamicamente sfavorito. I processi

esoergonici prevedono una = G -G < 0 . K = ([C] [D] /

∆G 2 1 eq

[A] [B] > 0.

Al contrario, i processi endoergonici che richiedono

energia affinché il processo avvenga, prevedono una =

∆G

G -G > 0. Nel caso di un processo endoergonico, il

2 1

processo favorito termodinamicamente è quello che va dai

prodotti ai reagenti (processo inverso). K = ([C] [D] / [A] [B]

eq

< 0

Accoppiamento di reazione: un processo endoergonico

utilizza l’energia liberata da un processo esoergonico.

Esiste un caso particolare di trasformazione chimica che

segue le leggi del cosiddetto equilibrio chimico. Per

trasformazioni “all’equilibrio” si intendono trasformazioni per

le quali la velocità del processo diretto è uguale alla velocità

del processo inverso. In questo caso le concentrazioni dei

reagenti e dei prodotti non cambiano. In queste reazioni ∆G

= 0.

Un esempio molto importante di trasformazione all’equilibrio

è quello che viene definito autoprotolisi dell’acqua ovvero

una trasformazione chimica in cui due molecole di acqua

interagiscono tra di loro generando due ioni: lo ione

+ -

idronio(H O ) e lo ione ossidrile(OH ). Questa reazione

3

all’equilibrio non prevede una completa trasformazione dei

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reagenti, ma arriva ad un punto in cui la velocità del

processo diretto è uguale alla velocità del processo inverso,

cioè tante molecole di acqua si trasformano in idronio e

ione ossidrile quante molecole di idronio e ossidrile si

trasformano in molecole di acqua. Si arriva dunque ad uno

stato in cui non c’è più prevalenza del processo diretto o

inverso.

Il sistema quindi non conterrà solo reagenti o solo prodotti,

ma conterrà sia l’uno che l’altro.

Per questi sistemi possiamo definire la cosiddetta costante

di equilibrio , cioè l’espressione delle quantità relative di

reagenti e di prodotti nel sistema all’equilibrio.

K = [PRODOTTI] / [REAGENTI]    K = ([C] [D] / [A] [B])

eq eq

Conseguentemente alle proprietà del quoziente possiamo

fare alcune considerazioni.

Se la K è molto piccola  più concentrazione dei

eq

reagenti. Ovvero all’equilibrio c’è stata la prevalenza del

processo inverso, ovvero la reazione è avvenuta poco.

Se la K è molto grande  minor concentrazione dei

eq

reagenti. Di conseguenza nello stato finale poiché non ci

sono più i reagenti, significa che la K tende ad infinito per

eq

quei processi che sono irreversibili.

La K = 0  non c’è stata alcuna reazione. Ovvero non c’è

eq

presenza di prodotti.

Il principio che ci permette di valutare l’effetto di alcune

variabili sull’equilibrio chimico è il principio di Le Chatelier

– Brown , che dice: il sistema all’equilibrio si oppone a

qualsiasi variazione delle proprietà chimico-fisiche del

sistema. Ciò significa che se si va ad aumentare

arbitrariamente la quantità dei prodotti, il sistema

all’equilibrio tenderà ad opporsi a questa variazione

RIPRISTINANDO l’equilibrio chimico; in questo caso

dunque prevarrà il processo inverso (mentre se si

aumentano le quantità dei reagenti prevale il processo

diretto) fino a quando non sarà generata una

concentrazione di acqua tale da soddisfare la K che non

eq