Cos’è la CHIMICA?

Di cosa si occupa?

Conoscete uno o più termini associati a questa parola che permettono di determinare, suddividendola, ambiti più specifici?

Cos’è la MATERIA????

Quali sono le proprietà della materia? Qual è la sua natura?

Azoto (N)Ossigeno (O)

Oro (Au)

Azoto (N)Ossigeno (O)

Oro (Au)Biossido di carbonio (CO2)Emoglobina (macromolecola)

Biossido di carbonio (CO2)Emoglobina (macromolecola)

Urina, plasmaUrina,

plasma

SOSPENSIONI: particelle con dimensioni > 1000 nm

SOSPENSIONI: particelle con dimensioni > 1000 nm

DISPERSIONE COLLOIDALE: Dimensioni particelle da 1 e

1000 nm (latte, plasma lipemico)

DISPERSIONE COLLOIDALE: Dimensioni particelle da 1 e

1000 nm (latte, plasma lipemico)

Grafite e diamanteGrafite e diamante

Tendono a formare composti

5.5x10-49.1x10-28-1-1.6x10-19elettrone

1.00871.67x10-2400neutrone

1.00731.67x10-24 +1+1.6x10-19protone

(uma)(g) (e)(C) 

 massa carica   

Il raggio di un atomo è dell'ordine di 1 Å (10-10 m).

Il nucleo ha un raggio di circa 10-5 Å (100000 volte più piccolo del raggio atomico).

Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo viene definito come numero atomico Z La somma dei neutroni e dei protoni presenti nel nucleo di un atomo viene definito numero di massa A.

In un atomo neutro il numero degli elettroni è uguale al numero dei protoni (numero atomico Z).

Isotopi sono elementi con uguale numero di protoni, ma diverso numero di neutroni (Z rimane uguale, ma varia A)

ATOMO

XA

Z

L'unità di riferimento per la misura della massa degli atomi è l'unità di massa atomica (uma o Dalton) definita come 1/12 della massa del nuclide neutro 12C

Tavola periodica degli elementi

L’energia, la forma, la direzione e il numero degli orbitali sono indicati da 4 numeri QUANTICI:n, l, ml e ms

Numero quantico ms

Configurazioni elettroniche inattese:

Cr [Ar]3d44s2 [Ar]3d54s1

Cu [Ar]3d94s2 [Ar]3d104s1

1

TAVOLA degli ELEMENTI

Liquido intracellulare Liquido extracellulare

mM mMNa+ 10 140K+ 140 5 Cl- 5 35 HCO3- 10 35

PROPRIETA’ PERIODICHE DEGLI ELEMENTI

RAGGIO ATOMICOX X+ + e-X X+ + e-

ENERGIA DI IONIZZAZIONE (IE)

X + e- X-

AFFINITA’ ELETTRONICA (EA)

1/2(EI+AE)

ELETTRONEGATIVITA’

Mole (IS): mol (1978) = quantità di sostanza

Mole: è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle uguali al numero di atomi di carbonio contenuti in 12 g (0,012 kg) di 12C.

una mole di 12C ha massa 12 guna mole di atomi di ossigeno 16O ha massa 16 g;una mole di sodio (Na) 22,99 g e una di rame (Cu) 63,55 g

La massa atomica espressa in grammi viene detta massa molare di quell’elemento.

Mole = numero di Avogadro di atomi contenuti in 12 g di 12C6,022 x 1023

Il concetto di mole è importante perché le reazioni avvengono tra composti presenti in quantità MOLARI….

A + B → C + D

reagenti prodotti

(x) (x) (x) (x)

X= solido (s) liquido (l) Gas (g) in soluzione (aq)

a b c d

Coefficienti stechiometrici:Sono costituiti da numeri interi

LE REAZIONI CHIMICHE

LAVOISER : principio di conservazione della massa

Numero di atomi dei reagenti = numero di atomi dei prodotti

Cos’è una reazione chimica??

Equazione Chimica

IL LEGAME CHIMICO

Perché formare legami con altri atomi?

Regola dell’ottettoGli atomi degli elementi dei gruppi principali (sottogruppi A) acquistano, perdono o condividono elettroni per raggiungere una configurazione stabile come quella dei gas nobili con otto elettroni nel guscio di valenza

ValenzaE’ la capacità di combinazione di un elemento, corrispondente al numero di elettroni che un atomo mette in gioco nella formazione di legami chimici

Legame ionicoLegame covalenteLegame metallico

LEGAMI FORTI

LEGAME IONICO

Avviene tra elementi con elevata differenza di elettronegatività

E’ caratterizzato da un vero e proprio scambio di elettroni

Na → Na+ + 1e- (ossidazione) Cl + 1e- → Cl- (riduzione)

per entrambi c’e il raggiungimento della configurazione del gas nobileGli ioni sodio e cloruro interagiscono elettrostaticamente formando un solido cristallino di tipo ionico (sale) in cui ciascun ione è circondato da sei ioni con segno opposto

LEGAME METALLICO

E’ responsabile dell’attrazione tra atomi di elementi metallici con la conseguente formazione di aggregati cristallini

I metalli possiedono bassi valori di elettronegatività e di energia di prima ionizzazione PERCIO’?

I cationi formatisi occupano posizioni fisse e ordinate nei cristalli metallici mentre gli elettroni ceduti vengono messi in comune e costituiscono una nuvola elettronica molto mobile responsabile delle proprietà macroscopiche di questi elementi.

Solo la presenza di elettroni liberi di muoversi riesce a spiegare l'elevata conducibilità elettrica dei solidi metallici.

LEGAME COVALENTE

Gli elettroni non vengono ceduti e acquisiti, ma condivisi da entrambi gli atomi

La densità elettronica (carica negativa) concentrata tra i nuclei dei due atomi (carica positiva) fa da collante (interazione elettrostatica) per la molecola.

H + H → H2

Distanza del legame

.

                                       

                                      

 

                                       

              

RAPPRESENTATI DALLE STRUTTURE DI LEWIS

LEGAME COVALENTE

LEGAMI MULTIPLI

La condivisione di un’unica coppia di elettroni → legame semplice

IN MOLTE MOLECOLE GLI ATOMI CONSEGUONO LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DEI GAS MOBILI CONDIVIDENDO PIU’ DI UNA COPPIA DI ELETTRONI

Condivisione di tre coppie di elettroni

Condivisione di due coppie di elettroni

DOPPIO LEGAME TRIPLO LEGAME

( ossigeno) (azoto)

La distanza tra due atomi legati diminuisce all’aumentare del numero di coppie di elettroni condivise

LEGAME COVALENTE

Quando il legame chimico si viene a formare tra due atomi che hanno la stessa elettronegatività si parla di legame covalente puro.

O + O O2

Quando i due atomi hanno una diversa propensione di attrarre elettroni (diversa elettronegatività) il legame è di tipo covalente polare con la conseguente formazione di un dipolo elettrico (momento di dipolo del legame).

Cl H

+ -

Geometria molecolare

(CO2)

(BF3,, O3)

(CH4, NH3, H2O, HF)

(PCl5)

(SF6, IF5)

La geometria delle molecole determina proprietà chimico-fisiche diverse dei composti:

Geometria molecolare

molecole che possiedono un momento di dipolo non nullo (molecole polari) sono meno volatili (passano allo stato vapore con più difficoltà) di molecole che hanno un momento di dipolo nullo (molecole apolari).

O H +

-

H +

Momento di dipolo non nullo Molecola polare

Momenti di dipolo di legame

C O -

+ O -

Momento di dipolo nullo Molecola apolare

FORMAZIONE di legami dipolo-dipolo

Un ulteriore esempio di relazione struttura-proprietà è dato dalle forme allotropiche del carbonio

Geometria molecolare

Le proprietà quali durezza, conducibilità elettrica, colore, etc. sono completamente diverse tra loro in queste tre forme allotropiche del carbonio e dipendono dal modo con cui i vari atomi di carbonio si legano tra loro.

Interazioni di non-legame o legami deboli intermolecolari

Ione-dipolo

Na+ H2O

+

+

-

Dipolo-dipolo+

++

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

- -

-

-

Ione –dipolo indotto

Na+

+-+

Dipolo-dipolo indotto

+ - + -

H2O

+

+

-

H2 O

+

+

-

Legame idrogeno

FORZE di Van der WAALS

Dipolo indotto-dipolo indotto

+ -+ -

Forze di London o forze idrofobiche

 Grandezza  Unità Simbolo Conversione

 Forza newton N  1 N = 1 kg m s-2

 Pressione pascal Pa  1 Pa = 1 N m-2

 Lavoro, energia  joule  J  1 J = 1 N m

 Potenza watt  W  1 W = 1 J s-1

 Temperatura Celsius

 grado Celsius   °C T(°C) = T(K) -

273.15

 Carica elettrica coulomb C  

 Differenza di potenziale elettrico

 volt V 

Grandezza Unità di misura Simbolo

Intervallo di tempo secondo s

Lunghezza metro m

Massa chilogrammo kg

Temperatura  kelvin  K

Quantità di sostanza mole mol

Intensità di corrente elettrica

ampere A

Intensità luminosa candela cd

Unità fondamentali S.I.

Unità derivate S.I.Unità derivate S.I.

Pressione torr torr 133.322 Pa

Pressione atmosfera atm 101325 Pa

Energiacaloria a 15 Ccaloria internaz.Caloria termochim.

Cal15

Calit

caltc

4.1855 J4.1868 J4.1840 J

Pressione sanguigna

millimetro di mercurio

mm Hg 1 mm Hg = 133.322 Pa

Dalla tipologia dei legami derivano anche gli stati della materia

La legge di di Gay-Lussac o legge dell'isocora afferma che: a volume costante, la pressione di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla suatemperatura assoluta P/T = cost

Stato gassoso

La legge di Boyle o legge isoterma afferma che: per un dato numero di moli di un gas, a temperatura costante, il prodotto di PV=cost

La legge di Charles o legge isobara afferma che per una data quantità di gas (n) in condizione di pressione costante il rapporto di V/T = cost

Grande importanza in fisiologia e medicina ha la Legge gi Henry:

Tale legge mette in relazione la solubilità di un gas in un liquido con la pressione.

Ad una data temperatura, un aumento della pressione provoca un aumento della solubilità di un gas.

A pressioni basse o moderate la solubilità di un gas è direttamente proporzionale alla pressione

Cg= α Pg

Soluzione di ossigeno e anidride carbonica nel sangue: i gas si sciolgono nei liquidi proporzionalmente alla loro solubilità e pressione parziale.Né l'ossigeno, né l'anidride carbonica sono molto solubili nell'acqua, anche se l'anidride carbonica è circa 25 volte più solubile dell'ossigeno.

A 37°C:

αCO2 = 0.032 αO2 = 0.0013

O2 Letto capillare sangue

97% legato all’Hb

3% sciolto nel plasma (legge di Henry)

CO2 Prodotta dal metabolismo cellulare:7% sciolta nel plasma (legge di Henry)

23% legata all’Hb70% HCO-

3

Tutte le forme di trasporto sono proporzionali alle rispettive pressioni parziali

Implicazioni ? Per esempio immersioni

0,3 mL di O2in 100 mL

LO STATO SOLIDO

LO STATO LIQUIDO

Proprietà dei liquidi:

1) Azione come solventi

2) Viscosità

3) Tensione superficiale

4) Pressione (o tensione) di vapore

LE SOLUZIONI

Gassose, solide o liquide

Stato della soluzione

Stato del solvente

Stato del soluto

Esempio

Gas Gas Gas aria

Liquido Liquido Gas Ossigeno nell’acqua

Liquido Liquido Liquido Alcool i acqua

Liquido Liquido Solido Sale in acqua

Solido Solido Gas Idrogeno nel platino

Solido Solido Liquido Mercurio nell’argento

Solido Solido SolidoArgento nell’oro(certe leghe)

Solvente: è il componente che all’atto della dissoluzione conserva il proprio stato di aggregazione oppure quello che fra componenti tutti nello stesso stato di aggregazione è presente in misura maggiore

Soluti: tutti gli altri componenti

LE SOLUZIONI

Nel considerare una soluzione è necessario introdurre il termine CONCENTRAZIONE

Serve a designare la quantità di soluto presente in una certa quantità di solvente o di soluzione

Come si esprime?

In termini qualitativi si usano termini comeDiluitoconcentrato

In termini quantitativi si usano diverse espressioni comePercentuale in peso p/p % Peso di soluto (gr) in 100gr di soluzione

Percentuale in volume v/v %Volume di soluto (mL) in 100 mL di soluzione

Percentuale peso/volume p/v %Peso di soluto (gr) in 100 mL di soluzione

MOLARITA’ (M)

Molarità = ----------------Moli di soluto

L di soluzione= ---------------

gr di soluto--------------PM soluto

L di soluzione

....altre basate sul numero di moli…

Molarità e normalità possono essere messe in relazione:

N (eq/L) = M x Valenza

Cl- nel siero 98-106 mEq/L 98-106 mmol/L

NORMALITA’ (N)

Normalità = ----------------- = ---------------------n (eq)

L di soluzione

gr di soluto-------------------Peso equivalente

L di soluzione

Il peso equivalente corrisponde a peso molecolare / valenza

Valenza dipende dalla tipologia del soluto:per gli acidi: numero di ioni H+ rilasciatiper i sali: numero di cariche (+) o (-)per gli idrossidi: numero di ioni OH- rilasciatiper le reazioni redox: numero di elettroni scambiati Calcolare la massa equivalente dell'acido solforico H2SO4 (Mm = 98,0 g/mol) nella seguente reazione di dissociazione: H2SO4 →2H+ + SO42-

In questa reazione l'acido solforico libera due ioni H+. Pertanto, la sua massa equivalente sarà:meq = Mm /nH+ = 98,0 / 2 = 49,0 (g/eq)

LE SOLUZIONI

Le proprietà delle soluzioni: COLLIGATIVE

Dipendono dal numero delle particelle ma non dalla loro identità

Abbassamento della tensione di vapore

Innalzamento ebullioscopico

Abbassamento crioscopico

Pressione osmotica

Pressione osmotica π= cRT

Richiamano acqua nel lume intestinale:

I sali di sodio o magnesio sono solfati, citrati, o fosfati che hanno appunto questa azione dopo assunzione orale (lassativi naturali inorganici.Lattulosio e Lattitolo sono zuccheri che agiscono da profarmaci, la flora batterica intestinale li metabolizza con liberazione di acidi organici (lattico, formico, acetico) che hanno effetto osmotico.Gli alcoli come glicerina, sorbitolo e mannitolo sono usati per via rettale, sempre con effetto osmotico e anche lubrificante.

Richiamano acqua nel lume intestinale:

I sali di sodio o magnesio sono solfati, citrati, o fosfati che hanno appunto questa azione dopo assunzione orale (lassativi naturali inorganici.Lattulosio e Lattitolo sono zuccheri che agiscono da profarmaci, la flora batterica intestinale li metabolizza con liberazione di acidi organici (lattico, formico, acetico) che hanno effetto osmotico.Gli alcoli come glicerina, sorbitolo e mannitolo sono usati per via rettale, sempre con effetto osmotico e anche lubrificante.