Università degli Studi L’AquilaDipartimento MESVA

C.L.O.P.D. Dir. Prof. Roberto Gatto

BIOMATERIALI DENTARI Prof. Mario Baldi

Concetti Introduttivi

Si definisce materia tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa, essa è costituita da unità fondamentali chiamate atomi. In natura esistono 90 tipi di atomi che costituiscono gli elementi chimici. Tutte le sostanze e gli organismi viventi sono formati da questi elementi combinati tra loro in differenti maniere.

materiamateria

Gli atomi a loro volta sono costituiti da particelle: i protoni con carica elettrica positiva, i neutroni privi di carica elettrica ma con massa uguale ai protoni ed infine gli elettroni dotati di carica elettrica negativa e di una massa circa duemila volte inferiore. I protoni ed i neutroni si trovano nel nucleo dell’atomo mentre gli elettroni ruotano in differenti livelli attorno al nucleo. L’atomo è elettricamente neutro grazie alla presenza in numero uguale di protoni ed elettroni.

Gli elettroni si dispongono attorno al nucleo in

differenti livelli energetici, il primo può contenere solo

due elettroni, il secondo otto, il terzo diciotto e cosi via.

La configurazione elettronica di quasi tutti gli atomi

con l’eccezione dei gas nobili (elio, neon, argo, cripton,

xeno, e radon) li rende instabili e ciò determina la

necessità di combinarsi con altri elementi per ottenere

una configurazione stabile. La condizione che rende

stabili i gas nobili, è quella di avere nel livello

energetico più esterno otto elettroni.

I legami chimici determinano l’unione di più atomi per

formare le molecole. Esse risultano energeticamente più

stabili dei componenti presi separatamente. La

formazione di un legame chimico coinvolge gli elettroni

che possono essere trasferiti da un atomo all’altro oppure

essere condivisi tra di essi. Quando si formano legami

chimici l’energia totale del sistema costituito da gli atomi

legati insieme è minore dell’energia totale del sistema

costituito dagli atomi separati.

La formazione di un legame chimico permette la

liberazione di una determinata quantità di energia

mentre per rompere un legame chimico è necessario

impiegare una determinata quantità di energia.

LEGAMI CHIMICI

ATOMICO

- covalente

- dativo

ELETTROSTATICO

- ionico

- dipolare

- idrogeno

METALLICO

Il legame di tipo covalente si realizza tra due atomi

appartenenti alla categoria dei non metalli che mettono in

compartecipazione una coppia di elettroni in un orbitale

esterno che abbraccia entrambi gli atomi. Si definisce un

legame covalente puro o omopolare quello che s’instaura fra

due atomi dello stesso tipo: è il caso tipico dell’idrogeno,

dell’ossigeno, dell’azoto atmosferico ecc. Nei legami covalenti

gli elettroni condivisi orbiteranno attorno ai nuclei vincolandoli

a restare vicini.

Il legame di tipo dativo si determina quando la coppia

di elettroni che genera il legame viene fornita solo da

uno dei due atomi coinvolti. Tale atomo è denominato

donatore mentre l’altro atomo si definisce accettore ed

è in grado di mettere a disposizione lo spazio in un

orbitale esterno per gli elettroni coinvolti nel legame.

Il legame di tipo ionico si forma tra atomi che hanno una

differente elettronegatività con il trasferimento di un

elettrone da un atomo all’altro che restano legati grazie ad

interazioni di tipo elettrostatico. La disposizione degli atomi

nello spazio non ha la direzionalità del legame covalente.

Il legame di tipo dipolare si determina tra molecole costituite

da dipoli grazie all’attrazione elettrostatica tra poli di segno

differente. Le energie di legame definite anche come Forze di

Van der Waals sono molto deboli e possono essere influenzate

da fattori esterni quali temperatura e pressione.

I legami di tipo idrogeno si instaurano tra molecole in cui la

presenza di ioni idrogeno sposta la distribuzione degli elettroni

creando dei dipoli dove l’idrogeno rappresenta l’anodo. Questa

disposizione permette di realizzare dei legami di tipo

elettrostatico.

Il legame di tipo metallico si determina tra elementi che hanno

bassi valori di energia di ionizzazione e di elettronegatività. Gli

elettroni esterni di tali atomi sono attratti debolmente dai loro

nuclei e possono allonta- narsi facilmente. Nei metalli allo stato

solido gli elettro- ni esterni non rimangono vincolati al proprio

nucleo ma si muovono per tutto il solido tenendolo in questa

maniera unito. Tali elettroni sono delocalizzati perché non

appartengono ad alcun atomo specifico ma si possono trovare in

qualsiasi zona all’interno del metallo.

La struttura dei metalli appare come un reticolo cristallino con nodi occupati da ioni positivi immersi in una nube di elettroni. Tale comportamento e alla base di alcune proprieta tipiche dei metalli quali la conducibilita' elet- trica, termica, la lucentezza e la plasticita.

La materia si caratterizza per composizione, struttura e stato

di unione. La composizione è dipendente dal tipo o dagli

atomi che vengono coinvolti, può essere semplice quando

sono presenti atomi tutti uguali, composta quando sono

differenti tra di loro; la struttura si determina dal tipo o dai

tipi di legame che si instaurano tra gli atomi ed infine lo stato

di aggregazione rappresenta la condizione fisica in cui le

sostanze possono presen-tarsi negli stati solido, liquido e

gassoso.

MATERIA

STATO DI AGGREGAZIONE

- solido

- liquido

- gassoso

STRUTTURA

legami chimici

COMPOSIZIONE

- semplice

- composta

Somministrando temperatura e/o pressione si può determinare

un cambiamento di stato di aggrega zione caratterizzato da

differenti proprietà chimiche e fisiche. Mediante il calore si

accresce l’energia cinetica di una sostanza e delle sue particelle

elementari alterandone i legami chimici e favorendo il passaggio

a stati di aggregazione a minor densità quindi da solidi a liquidi

ed infine a gassosi. Al contrario la sottrazione di calore può

determinare il salto su stati a maggior densità da gassoso a

liquido a solido.

Lo stato di equilibrio

Può essere inteso come un compromesso tra due

tendenze opposte: la spinta da parte delle molecole ad

assumere lo stato di minima energia e la spinta verso uno

stato di massimo caos molecolare o massima entropia.

Una soluzione

E’ un sistema a due o più componenti che possono essere separati

tramite cambiamenti di stato. Le soluzioni possono essere liquido-

liquido, liquido- solido, liquido-gas, solido-solido, solido-gas e gas-

gas. Viene definita solvente la sostanza cha ha lo stesso stato di

aggregazione dell’intera soluzione mentre il soluto è la componente

in differente stato di aggregazione. Il solvente è la componente

presente in maggiore quanti-tà nella soluzione, il soluto è invece in

minor quantità. Il solvente nella soluzione non cambia le sue

proprietà fi- siche mentre il soluto in soluzione modifica le sue

proprietà fisiche.

Per solubilità si intende la quantità massima di soluto (in

grammi o in moli) che in una soluzione riesce a sciogliersi

nell’unità di solvente. La solubilità può essere condizionata

da fattori esterni quali tempe- ratura e pressione. Una

soluzione si dice satura quando presenta il massimo

possibile di soluto.