Alessandro Saba

Lezione 1: Chimica

Insegnamento:BIOCHIMICA E BIOLOGIA

Modulo:CHIMICA E BIOCHIMICA

Studio: Ospedale Santa ChiaraCentro di Spettrometria di MassaEdificio 13 – Ingresso B – P. Terra

Tel.: 050 992172E-mail: alessandro.saba@med.unipi.it

Ricevimento su appuntamento e-mail

Libri di testo consigliati:

Stefani M., Taddei N. “Chimica, Biochimica e Biologia Applicata”Terza edizione (2015, Ed. Zanichelli)

Roberti R., Alunni Bistocchi G., Antognelli C., Talesa V.N. ‘’Biochimica e Biologia’’ per le professioni sanitarieSeconda edizione (2013, McGraw Hill Education)

EsameL’esame consta di una prova scritta, costituita daesercizi (chimica), domande chiuse (chimica ebiochimica) e domande aperte (biochimica).

Variazioni di orarioIl giorno 6/10 al posto della lezione di chimica ebiochimica (2 ore) verrà tenuta una lezione dibiologia. Questa lezione verrà recuperata il giorno16/10.

Lezione 1

La Chimica è

la scienza che si occupa dello studio della composizione e

della struttura della materiae delle sue trasformazioni

Che Cosa è la Chimica?

La materia è il costituente principale dell’universo.

E’ materia tutto ciò che è dotato di massa e cheoccupa un determinato volume.

La materia è costituita da relativamente pochielementi.

A livello microscopico la materia consta di atomi emolecole.

Gli atomi si combinano formando le molecole.

Le molecole possono essere formate da un unico odifferenti tipi di atomi (es. O2 e CO).

Stati di Aggregazione della Materia:

Solido: I solidi sono rigidi ed hanno forma evolume definito.

Liquido: I liquidi prendono la forma delcontenitore. Hanno un volume proprio.

Gassoso: I gas assumono il volume e la forma delcontenitore.

Passaggio di Stato

… e il Plasma

Il Plasma è un gas ionizzato costituito da ioni ed elettroni, che simantiene globalmente neutro.

Viene generalmente prodotto per forte riscaldamento di gas(> 3000 K).

Le cariche elettriche libere fanno sì che il plasma sia un buonconduttore di elettricità, e che risponda fortemente ai campielettromagnetici.

Nell'universo il plasma costituisce più del 99% della materiaconosciuta: costituisce il Sole, le stelle e le nebulose.

Plasma Naturali sulla Terra

L’Aurora PolareIl Fulmine

T = 28000 K (30 KA, 1 MV)

Classificazione della Materia

La materia può essere suddivisa in due categorie:

Sostanze pure: costituite da un solo tipo di particelle (atomi omolecole).

Miscele: costituite da più tipi di particelle e quindi da due o piùsostanze pure differenti tra loro.

Esempio:Ossigeno: O2, sostanza pura.Aria: miscela costituita da azoto (N2; 78,1% in volume),

ossigeno (O2; 20,9%), argon (Ar; 0,9 %), altri gas.

- SOSTANZE ELEMENTARI, formate da atomi diuno stesso tipo (es. i gas H2, O2 e N2).

- COMPOSTI, formati da 2 o più atomi differenti(es. CO, H2O, C6H6).

Sostanze Pure

In natura, nei vari materiali gli atomi si combinano acostituire:

Separation byphysical methods

Separation byChemical methods

Atomi e Tavola Periodica

Gli elementi sono costituiti da atomi

ATOMI:- Unità base della materia, particelle che si conservano

immutate nel corso delle reazioni chimiche.- Sono note 118 specie diverse di atomi, detti

Elementi.- Ciascun elemento è rappresentato da un simbolo

costituito da 1 o 2 lettere.

Tavola Periodica degli Elementi

“Ciascun corpo, in quanto formato da materia, presentaproprietà fisiche e chimiche caratteristiche”

PROPRIETA’ FISICHE

estensive: grandezze il cui valore aumenta alcrescere dell'estensione del corpo.Dipendono quindi dalla quantità di materia(volume, peso, lunghezza…);

intensive: grandezze che non dipendonodall'estensione, ma dal tipo di materia(densità, conducibilità elettrica e termica,punto di fusione ed ebollizione, …).

PROPRIETA’ CHIMICHE

Comportano una variazione di composizione dellamateria e possono essere osservate attraverso lostudio delle reazioni chimiche. In pratica, descrivono ilcomportamento della materia in termini di reattività.

Sono proprietà chimiche l’infiammabilità, il potereossidante, acidità/basicità...

Esempio:Una proprietà chimica del ferro è la sua tendenza areagire con l’ossigeno e l’umidità dell’aria, dando luogoa ruggine (Fe2O3∙ nH2O).

Grandezza Nome

metro mchilogrammo Kgsecondo skelvin Kmole molampere Acandela cd

TemperaturaQuantità di sostanza

Intensità luminosaCorrente elettrica

Simbolo

LunghezzaMassaTempo

Misure in ChimicaIn Chimica si• fanno esperimenti,• misurano quantità,• si usano numeri per riportare le misure.

Sistema Internazionale delle Unità (SI)

Grandezza Nome

metro mchilogrammo Kgsecondo skelvin Kmole mol

TemperaturaQuantità di sostanza

MassaTempo

Simbolo

LunghezzaUnità SI

Grandezza Nome

NewtonPascalJoule

N (Kg m s-2)Pa (Kg m-1 s-2)

Simbolo

ForzaPressioneEnergia J (Kg m2 s-2)

Unità Derivate

Grandezza Nome

Angstrom Å 10-10 m 10-8 cmLitro L 10-3 m3

Caloria cal 4,184 JAtmosfera atm 101325 Pa 760 mmHg, 760 Torr

Equivalenza SI Altre Equivalenze

Pressione

Simbolo

LunghezzaVolume Energia

Altre Unità

Prefissi delle Unità di Misura

Prefisso Prefisso

Tera T 1012 Deci d 10-1

Giga G 109 Centi c 10-2

Mega M 106 Milli m 10-3

Kilo k 103 Micro µ 10-6

Etto h 102 Nano n 10-9

Deca da 10 Pico p 10-12

Femto f 10-15

Atto a 10-18

Simbolo Fattore Simbolo Fattore

Riportare una Misura

In ogni misura si deve esprimere un- NumeroSeguito dalla sua-Unità

Cifre Significative

Tutti i numeri diversi da zero sono significativi:1,234 kg o 12,34 hg - 4 cifre significative

Gli zero tra numeri diversi da zero sono significativi:606 m - 3 cifre significative

Cifre Significative (2)

Gli zero alla sinistra di numeri diversi da zero NONsono significativi (servono per localizzare laposizione della virgola decimale):

0,08 L - 1 cifra significativa

0,00420 g - 3 cifre significative

Se un numero è > 1, gli zero alla sua destra sonosignificativi:

2,0 mg - 2 cifre significative

Errore, Precisione e Accuratezza

Errore: differenza tra valore vero e valorestimato attraverso la misura.

Accuratezza: grado di corrispondenza tra valorevero e valore ottenuto attraversouna serie di misure.

Precisione: grado di accordo tra misure ripetute.

Precisione vs. Accuratezza

Principali Scale di Temperatura

Punti diriferimentocomuni

T(K) = T(°C) +273,15

T(°F) + 459,671,8

=

Densità

E’ una proprietà intensiva, che descrive la“concentrazione” della materia.

Esempio 1: a 4 ºC (SI: 277 K) la densità dell’H2O è1.00 g/cm3 = 1.00 g/mL (SI: 1000 Kg/m3)

(mL) volume(g)massa

)(cm volume(g)massadensità 3

Esempio 2: Il glicol etilenico, C2H6O2, ha una densitàdi 1.11 g/cm3 a 20 ºC (1 cm3 = 1 mL).Per utilizzare 500 mL di questo liquido,quanti grammi di questo compostodobbiamo pesare?

(mL)volume (g/mL)densità(g) massa

g 555mL 005 mL1

g11.1 massa

3 cifre significative

Indice di Massa Corporea

L’indice di massa corporea (Body Mass Index, BMI) è unparametro utilizzato per valutare l’obesità.

Così come la densità, è una proprietà intensiva frutto delrapporto tra due proprietà estensive, il peso e l’altezza (o meglioil suo quadrato).

Esempio: Una persona alta 1.83 m e con un peso di 87 Kg ha unBMI di 26.

)22 (m Altezza(Kg)PesoBMI

Gli “Atomi” e la “Teoria Atomica”

Prime Scoperte

Lavoisier 1774 Legge di Conservazione della Massa

Proust 1799 Legge delle Proporzioni Definite

Dalton 1803-1808 Teoria Atomica

Legge di Conservazione della Massa(Lavoisier)

In una reazione chimica la massa totale si conserva

Esempio: 2g di H2 + 16 g di O2 18 g di H2O

Legge delle Proporzioni Definite (Proust)

Un composto puro, qualunque sia l’origine o il modo dipreparazione, contiene sempre quantità definite ecostanti degli elementi, proporzionali alla loro massa

Esempio 1:anidride carbonica (biossido di carbonio, CO2)

Carbonio: 27,3% (W%) Ossigeno: 72,7% (W%)

Esempio 2:ossido di carbonio (CO)

Carbonio: 42,9% (W%) Ossigeno: 57,1% (W%)

La “Teoria Atomica” di Dalton (1)

Nel 1800 Dalton (1766 – 1844) formulò una teoria sulla naturadella materia fondata su evidenze sperimentali, che si basa suiseguenti postulati:

1. La materia è costituita da particelle estremamente piccoledette atomi, che sono indivisibili.Non corretta, perché esistono le particelle sub-atomiche! Nelletrasformazioni chimiche e fisiche l’atomo si comporta come se fosseindivisibile.

2. Un atomo non può essere creato, diviso, distrutto otrasformato in un altro atomo di tipo diverso.Non del tutto corretta, perché esiste la fissione nucleare!

La “Teoria Atomica” di Dalton (2)

3. Tutti gli atomi di un dato elemento hanno medesimeproprietà chimiche e fisiche (massa, dimensione, …). Atomidi elementi diversi hanno proprietà differenti.Non corretta, perché alcuni elementi sono presenti in natura sotto formadi vari isotopi! In realtà, nelle trasformazioni chimiche gli isotopi dellostesso elemento hanno normalmente lo stesso comportamento.

4. Gli atomi di elementi diversi si combinano secondo rapportiespressi da numeri interi, per formare i composti.

5. Una trasformazione chimica consiste nel legare, separare oriarrangiare gli atomi.

Sebbene i postulati precedenti non siano totalmente esatti,rappresentano la prima razionalizzazione delle ‘’leggi dicombinazione chimica’’.