Chimica - Propedeutica Biochimica

Bronsted-Lowry definirono “acido” una sostanza che cede ioni H+ ad un altra sostanza e “base” una

sostanza che acquista ioni H+.

Quando un acido cede lo ione H+, la sostanza che lo riceve viene definita “acido coniugato”.

Quando una base riceve ioni H+, la sostanza che ha ceduto lo ione viene definita “base coniugata”.

Un acido e la sua base coniugata, come una base e il suo acido coniugato vengono definiti “coppia

acido-base”

La forza di un acido è la tendenza dello stesso a cedere ioni H+. La forza di una base è la tendenza

della stessa a ricevere ioni H+.

Se un acido è forte (tende a cedere H+), la sua base coniugata è necessariamente debole, se una

base è forte il suo acido coniugato è debole

Quando un elemento è più elettronegativo dell'idrogeno, ed esso è legato all'idrogeno, esso è

propenso a cedere ioni H+. Questi composti vengono chiamati idracidi.

La maggior parte degli ossidi (composti contenenti ossigeno) reagisce con l'acqua e, se avviene

questa reazione, essi possono essere suddivisi in 2 gruppi: ossidi basici e ossidi acidi

Gli ossidi basici sono ossidi ionici (ossigeno + metallo) che a contatto con l'acqua formano idrossidi.

Gli ossidi acidi sono ossidi molecolari (ossigeno + non-metallo) che a contatto con l'acqua formano

ossiacidi.

Nomenclatura chimica

Acido: Il nome inizia sempre con acido, seguito dal nome dell'elemento opportunamente modificato.

Nel caso della formazione di:

1) 1 ossiacido, “elemento”-ico.

2) 2 ossiacidi: “il più elettronegativo”-ico, “il meno elettronegativo”-oso .

3) 3 ossiacidi: “il più elettronegativo”-ico, “elettronegativo intermedio”-oso, ipo-“il meno

elettronegativo”-oso.

4) 4 ossiacidi: per-“il più elettronegativo”-ico, “secondo elettronegativo”-ico, “terzo elettronegativo”-

oso, ipo-“meno elettronegativo”-oso.

Quando un elemento forma un idracido: “elemento”-idrico.

Idrossidi: Gli idrossidi vengono chiamati aggiungendo davanti al nome dell'elemento la parola

idrossido.

Se un metallo forma 2 idrossidi: “più elettronegativo”-ico, “meno elettronegativo”-oso.

Anioni: Agli elementi che cedono ioni H+ vengono posti prefissi e suffissi come agli acidi seguendo

la stessa correlazione: per-elemento-ato, elemento-ato, elemento-ito, ipo-elemento-ito – idracido:

elemento-uro.

Cationi: Gli elementi che acquistano ioni H+ vengono identificati semplicemente con il nome

dell'elemento.

Quando esistono 2 cationi dello stesso metallo: “più elettronegativo”-ico , “meno elettronegativo”-oso.

Quando un acido può perdere una molecola d'acqua per formare un altro acido, gli viene anteposto il

prefisso “orto-” e alla sua forma disidratata gli viene anteposto il prefisso “meta-”. Nel caso in cui 2

acidi, sottoposti a riscaldamento, si uniscono attraverso l'eliminazione di una molecola di acqua,

viene dato il prefisso “piro-” alla molecola che viene a crearsi.

Le reazioni tra un acido e una base prendono il nome di reazioni acido-base. Queste reazioni danno

come prodotto un sale.

La denominazione di un sale prevede prima il nome dell'anione e dopo quello del catione. La formula

invece prevede prima il catione e dopo l'anione. I sali sono composti elettricamente neutri poiché le

cariche sono bilanciate.

La teoria acido-base di Lewis prevede che “un acido è una qualsiasi specie chimica che accetta

una coppia di elettroni” ed “una base è una qualsiasi specie chimica che cede una coppia di

elettroni”.

Capitolo 9: pH e soluzioni tampone

In una dissociazione di un acido in soluzione acquosa, la costante di dissociazione acida (K ) è la

a

costante che è possibile ottenere ponendo la concentrazione dell'acqua costante. K corrisponde alla

a

K della reazione moltiplicata per la concentrazione molare dell'acqua.

eq

In una dissociazione di una base in soluzione acquosa, la costante di dissociazione basica (K ) è

b

la costante che è possibile ottenere ponendo la concentrazione dell'acqua costante. K corrisponde

b

alla K della reazione moltiplicata per la concentrazione molare dell'acqua.

eq

K e K corrispondono rispettivamente alla forza di un acido e di una base. Ricordando che la K =

a b eq

[prodotti]/[reagenti], Se K /K è molto maggiore di 1, la reazione è spostata verso i prodotti. Se, al

a b

contrario, K /K è molto minore di 1, la reazione è spostata verso i reagenti.

a b

Si parla di acido forte quando K > 10 mentre si parla di acido debole quando K < 10

a a

Si parla di base forte quando K > 10 mentre si parla di base debole quando K < 10

b b

Considerando la dissociazione dell'acqua (reazione tra acqua e acqua) è possibile trovare una

-14

costante K : essa è chiamata prodotto ionico dell'acqua, ha valore 10 (a 25°C) e corrisponde al

w

prodotto tra la concentrazione degli acidi e la concentrazione delle basi.

+ - + 2 -14

Dato che nell'acqua pura H e OH uguali, K = [H ] = 10

w

+ - -7

Da ciò ricaviamo che [H ] = [OH ] = 10

Considerando la dissociazione di un acido generico e della sua base coniugata e calcolando la K e

a

la K delle due reazioni, è possibile notare che il prodotto tra le 2 costanti è pari alla costante K .

b w

Questo spiega il motivo per il quale se un acido è forte, la sua base coniugata è debole e se una

base è forte, il suo acido coniugato è debole (perché il prodotto dei 2 deve risultare la costante K w

dell'acqua). + - -7

Il valore del prodotto ionico dell'acqua (K ) ci suggerisce che [H ] = [OH ] = 10

w

Una soluzione nella quale la concentrazione idrogenionica è la stessa dell'acqua prende il nome di

soluzione neutra -7

Una soluzione acida ha una concentrazione idrogenionica superiore a 10 mentre una soluzione

-7

basica la avrà inferiore a 10 +

Il pH è pari al logaritmo decimale negativo della concentrazione idrogenionica: pH = - log [H ]

+ -7

Il pH dell'acqua, avendo [H ] = 10 , è pari a 7. la scala del pH varia da un minimo di 0 (soluzioni

acide) ad un massimo di 14 (basiche).

Quindi più un acido è forte più il suo pH sarà tanto vicino allo 0. Più una base è forte più il suo valore

del pH sarà vicino a 14.

Il pH di una soluzione di un acido debole è ricavabile dalla radice quadrata del prodotto tra la K e la

a

concentrazione dell'acido iniziale.

Il pH di una soluzione di una base debole, di conseguenza, lo si ottiene sottraendo 14 alla radice

quadrata del prodotto tra K e la concentrazione della base iniziale.

b

Gli anioni, derivati da acidi forti, sono basi molto deboli e non reagiscono con l'acqua per generare

-

OH , come i cationi, derivati da basi forti, sono acidi deboli e non reagiscono con l'acqua per la

+

formazione di H . essi hanno un comportamento neutro e l'aggiunta di un sale, aventi simili ioni,

all'acqua non sposta il pH dalla neutralità. Viene quindi a crearsi un sale neutro.

Se consideriamo anioni derivanti da acidi deboli, questi hanno un comportamento basico tanto più

basico quanto più debole è l'acido. Viene quindi a crearsi un sale basico.

Se consideriamo infine cationi derivanti da basi deboli, questi hanno comportamento tanto acido

quanto la base è debole. Viene quindi a crearsi un sale acido.

I sali costituiti da anioni derivati da acidi deboli o cationi derivanti da basi deboli hanno un pH che può

essere acido, neutro o basico. Per definirlo occorre calcolare K e K e verificare se:

a b

K > K : acido. K = K : neutro. K < K : basico.

a b a b a b

Una soluzione tampone è una soluzione in cui il pH non è modificato dall'aggiunta di modiche

quantità di acidi o basi forti.

Una soluzione tampone è formata da un acido/base debole, in presenza del proprio base/acido

coniugato

I sistemi tampone fisiologici sono sistemi che riescono a mantenere il pH del sangue prossimo alla

neutralità, nonostante l'influenza di sostanze acide/basiche, per permettergli di svolgere al meglio le

sue funzioni.

Elementi di chimica organica

Il carbonio, attraverso legami covalenti, ha la possibilità di legare con moltissimi elementi. La

chimica organica tratta la struttura, le proprietà e le funzioni dei composti creati con il carbonio.

Il carbonio è elettronicamente portato a mettere in compartecipazione i suoi 4 elettroni creando

legami covalenti con altri atomi, specialmente idrogeno ed ossigeno.

La formula molecolare indica solamente il tipo di atomi e il loro numero all'interno di una molecola.

Ma non indica la loro disposizione all'interno di essa. La formula di struttura, invece, esprime i

rapporti (legami) tra i vari atomi.

Una catena comporta da legami singoli si dice satura. Una catena composta anche da legami multipli

è definita insatura.

Il comportamento chimico di un composto è legato alla presenza o meno di gruppi funzionali.

Idrocarburi

Gli idrocarburi sono composti semplici formati solamente da carbonio e idrogeno. Si dividono in

alcani, alcheni, alchini e aromatici.

Gli alcani sono idrocarburi aventi soli legami semplici. Il loro nome termina con il suffisso -ano. Se

l'alcano possiede ramificazioni, esse sono denominate “radicali alchilici” e sono indicati ponendo

come suffisso -ile.

Gli alcheni sono caratterizzati dalla presenza di almeno un legame doppio. Il loro suffisso è -ene. La

presenza di un doppio legame prevede la distinzione della isomeria geometrica divisa in cis-trans.

Cis presenta i sostituenti diversi dalla stessa parte del doppio legame mentre trans prevede i

sostituenti diversi dalle parti opposte. Gli alcheni, inoltre, essendo più radioattivi degli alcani, possono

subire reazioni di addizione, dove gli elettroni del doppio legame sono utilizzati per legare altri atomi.

L'addizione di una molecola d'acqua al doppio legame carbonio-carbonio provoca la creazione di un

gruppo funzionale alcolico.

Gli alchini sono composti aventi almeno un triplo legame. Il loro suffisso è -ino.

Gli idrocarburi aromatici: gli idrocarburi aromatici possiedono legami semplici e legami doppi

delocalizzati, ovvero non è possibile stabilire tra quali atomi di carbonio vi è un legame semplice e tra

quali vi è uno doppio legame.

Gli alcoli, eteri e tioli

Gli alcoli sono la classe di composti organici nei quali è presente un gruppo ossidrile o alcolico -OH. Il

loro suffisso è -olo. Essi