tesina di chimica

PROCEDIMENTO

La parte più complicata, ma anche più divertente, di questo esperimento è la costruzione del vulcano. È possibile rivestire un vasetto di plastica sottile, tipo quelli che contengono le piantine (fig.1) incastrando sulla base un bicchierino da caffè di plastica (fig. 2-4). Rivesti il vasetto con pasta modellabile che indurisce, usando pezzetti piccoli per creare l'effetto roccia (fig. 5); fai asciugare il tempo necessario e colora a piacere con le tempere (fig. 6). Quando i colori si sono asciugati, metti due cucchiaini di bicarbonato nel vasetto (fig. 7 e 8). Aggiungi il colorante al bicarbonato (fig 9 - 12). Versa l'aceto sul bicarbonato avendo cura di mantenere il viso ad almeno a mezzo metro di distanza (fig. 13). Osserva cosa succede: il vulcano continuerà a "eruttare".

finché non si sarà consumato tutto il bicarbonato (fig. 14 - 16).

SPIEGAZIONE SCIENTIFICA

L'esperimento del vulcano è uno dei più amati dai bambini. Si tratta di una reazione acido-base dove l'acido è l'aceto (ma può essere utilizzato anche il limone) e la base è il bicarbonato, un sale di sodio leggermente basico. Le due sostanze a contatto reagiscono istantaneamente formando bolle di anidride carbonica e una schiuma densa che dà un effetto molto realistico. Abbiamo verificato sperimentalmente che la maggior quantità di schiuma si forma con un rapporto 1/6 tra bicarbonato e aceto (10 gr di bicarbonato / 60 ml di aceto).

BIOLOGIA

Le reazioni chimiche Pagina 22

Alessia Amadori Tesina di Chimica

Parliamo ora di biochimica, ovvero la chimica che studia tutti i processi e le reazioni chimiche.

cellula

Partiamo da una cellula: qualche centesimo di millimetro che racchiude tutti gli elementi atomi molecole indispensabili alla vita.

Quando si parla di chimica sembra un mondo distante, chiuso nei laboratori: in realtà è semplicemente un mondo infinitamente piccolo, che riguarda anche la vita di tutti noi. Una molecola è formata da unità più piccole, chiamate atomi; ciascuno di essi è, a sua volta, costituito da particelle più piccole: i protoni, i neutroni (che insieme formano il nucleo) e gli elettroni. Gli elettroni sono particelle cariche negativamente, i protoni sono carichi positivamente, mentre i neutroni sono elettricamente neutri. Questi tre corpuscoli sono presenti negli atomi in quantità differenti, a seconda dell'elemento chimico che prendiamo in considerazione. Normalmente l'atomo è neutro e, quindi, il numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni. Il numero dei neutroni può essere variabile a seconda dell'isotopo considerato. Il numero atomico definisce il numero di protoni presenti in un atomo. Circa il 99% di un

esserevivente è formato da 4 semplici elementi chimici: il carbonio (C), l'idrogeno (H), l'ossigeno (O) e l'azoto (N). Questi, uniti tra loro secondo proporzioni precise e costanti, formano le molecole presenti nei zuccheri (o glucidi), grassi (o lipidi), proteine, acidi nucleici, ma anche vitamine e sali minerali.

Una molecola d'acqua (simbolo chimico H₂O) è formata da 2 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno; l'acqua è la sostanza più abbondante nel nostro organismo: circa il 65% del corpo umano è costituito da questa molecola. La sua presenza è importante per lo svolgimento di tutte le reazioni biochimiche che avvengono negli esseri viventi. L'acqua svolge un ruolo essenziale nella digestione, nell'assorbimento, nel trasporto e nell'utilizzo delle sostanze nutritive; è fondamentale per mantenere elastica e ben idratata la pelle; consente all'organismo di eliminare le scorie ed

È indispensabile per la regolazione della temperatura corporea. I glucidi sono molecole composte da carbonio, idrogeno ed ossigeno; lo zucchero più semplice è il ATP, l'energia glucosio, utilizzato dalle nostre cellule come combustibile per produrre ovvero indispensabile alla vita. Il glucosio è costituito da 6 atomi di carbonio, 12 di idrogeno e 6 di ossigeno. Tutti sappiamo che quando mangiamo una fetta di torta assumiamo degli zuccheri, gli zuccheri che assumiamo, una volta trasformati in glucosio dall'apparato digerente, circolano nel sangue ed entrano nelle nostre cellule. La funzione più importante degli zuccheri è quella di produrre energia: nelle cellule ci sono, infatti, delle strutture specializzate, chiamate mitocondri, che, attraverso una serie di reazioni chimiche, ricavano energia dal glucosio. Un elemento indispensabile per la produzione di ATP è l'ossigeno (O2) che noi prendiamo dall'esterno con la respirazione.

Un prodotto di scarto è, invece, l'anidride carbonica (CO2) che eliminiamo quando espiriamo l'aria. Come fanno tutte queste sostanze chimiche ad entrare ed uscire dalle nostre cellule?

I gas respiratori passano attraverso i lipidi (o grassi) presenti nel rivestimento esterno di ogni cellula: la membrana plasmatica. La membrana plasmatica è composta da fosfolipidi e proteine. I grassi presenti nella membrana sono chiamati fosfolipidi, perché oltre a carbonio e idrogeno, contengono anche del fosforo (P) legato con l'ossigeno. La parte che contiene il fosforo si chiama "testa" ed è idrofila (dal greco: ama l'acqua); le restanti parti di questo particolare lipide si chiamano "code" e sono idrofobe (sempre dal greco: odiano l'acqua).

Il glucosio, invece, entra nelle nostre cellule grazie a delle molecole proteiche che si trovano nella membrana. Tali proteine trasportatrici sono prodotte dalle nostre cellule.

Partire da elementi più semplici chiamati amminoacidi: 20 molecole formate da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto (N) più altri elementi caratterizzanti (genericamente indicati con la lettera R). Di questi amminoacidi, 12 possono essere sintetizzati (ovvero costruiti) direttamente dalle nostre cellule attraverso lunghe e complesse reazioni chimiche; i rimanenti 8 devono necessariamente essere ricavati direttamente dagli alimenti proteici, come carne, pesce, legumi, uova, latte e derivati. La cellula per costruire DNA correttamente le proteine di cui ha bisogno, prende le istruzioni direttamente dal (acido desossiribonucleico), depositario di tutte le informazioni indispensabili alla vita della cellula e dell'organismo. L'acido desossiribonucleico è una molecola a forma di doppia elica, costituita da: zucchero (desossiribosio), gruppi fosfato e basi azotate. Le basi azotate sono quattro:

l'adenina che si lega con la timina e la citosina che si lega con la guanina. Specifiche proteine, chiamate enzimi, creano una particolare copia del DNA (chiamata RNA messaggero): esso contiene tutte le istruzioni necessarie per costruire una data proteina. Questo processo è noto come trascrizione. La molecola di RNA è molto simile al DNA ma presenta due differenze sostanziali: lo zucchero è il ribosio e la timina è sostituita da un'altra base azotata, chiamata uracile. Gli organelli in grado di sintetizzare le proteine sono i ribosomi: essi interpretano le indicazioni scritte sul messaggero e uniscono tra loro gli amminoacidi necessari a sintetizzare una proteina. Tale processo è noto come traduzione. Molto spesso le reazioni chimiche che avvengono nel nostro corpo necessitano anche di minerali, vediamo qualche semplice esempio. Il ferro (simbolo chimico Fe) è un componente essenziale dell'emoglobina, la proteina che consente ai globuli

Rossi del sangue di svolgere il loro compito: trasportare ossigeno ed anidride carbonica. Una carenza di ferro può portare ad una forma di anemia, nota come anemia sideropenica. Il calcio (simbolo chimico Ca) è un minerale fondamentale per il benessere delle nostre ossa ed è implicato in numerosi processi fisiologici. Ad esempio, la sua presenza è fondamentale per la contrazione muscolare, per la comunicazione tra le cellule nervose o per la coagulazione del sangue. Nelle persone affette da osteoporosi, si assiste, tra l'altro, ad un eccessivo rilascio di calcio da parte delle ossa. Anche le vitamine svolgono un ruolo fondamentale nel nostro organismo; si tratta di molecole con una composizione chimica e funzioni piuttosto variegate, vediamo un paio di esempi. La vitamina A (formula chimica: C20H30O) è importante per una visione corretta; la carenza di questa vitamina può causare, infatti, disturbi visivi, come la scarsa visione in penombra.

La vitamina C (formula chimica: C6H8O6), invece, ha proprietà antiossidanti ed una sua carenza prolungata può provocare lo scorbuto, grave malattia che colpisce le mucose e causa emorragie.

L'insieme delle reazioni chimiche che avvengono incessantemente in un organismo vivente viene indicato con il termine metabolismo. Il metabolismo ha il compito di:

• Trasformare le sostanze nutritive esogene e alcune sostanze endogene nelle unità fondamentali delle macromolecole
• Garantire, a partire da fonti esogene di energia, un rifornimento costante di ATP.
• Sintetizzare le macromolecole.

Si riconosce quindi una fase catabolica e una anabolica, anche se in realtà, questa suddivisione è alquanto artificiosa poiché reazioni anaboliche e cataboliche sono strettamente correlate e complementari. Molti aspetti del metabolismo microbico sono comuni a quelli degli organismi superiori. Queste analogie sono alla base dell'unitarietà biochimica.

degli esseri viventi. I microrganismi sono però caratterizzati da una grande versatilità metabolica. L'insieme delle reazioni, comuni alle diverse forme di vita, che hanno lo scopo di formare ATP e macromolecole fondamentali, costituiscono il così detto metabolismo primario, mentre la possibilità di formare altre sostanze come antibiotici o tossine costituiscono il metabolismo secondario. Le reazioni metaboliche non si svolgono in un unico passaggio ma avvengono in tappe consecutive in cui il prodotto di una reazione diventa il substrato della successiva. Si parla di vie metaboliche, i cui prodotti vengono chiamati metaboliti. Le vie metaboliche non sono sempre lineari, il più delle volte sono ramificate. Le reazioni chimiche sono accompagnate da trasformazioni energetiche. La quantità di energia coinvolta in una reazione viene espressa in termini di guadagno o di perdita di energia durante la reazione stessa. Nei sistemi chimici un elemento che

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permette di stabilire se una determinata reazione può avvenire più o meno spontaneamente