Introduzione alla Chimica
La CHIMICA è la scienza che si occupa di descrivere la materia e le sue leggi.
Nasce nel XIX secolo con la teoria atomica di Dalton.
Le prime nozioni
Materia
Ciò che possiede: Volume, Massa, Energia.
ATOMI
Tutti gli atomi sono formati da particelle subatomiche:
- protone (carica positiva)
- neutrone: non possiede carica elettrica e stessa massa del protone.
- elettrone (carica negativa)
Gli atomi sono costituiti da:
nucleo (una massiccia parte centrale positiva, di protoni e neutroni)
nuvola di elettroni (orbitano attorno al nucleo).
Normalmente un atomo possiede tanti elettroni quanti protoni, per cui, risulta neutro.
Gli atomi si legano tra loro a formare i diversi composti chimici
ELEMENTI E COMPOSTI
Gli atomi hanno un numero di protoni che va da 1 a 92 che corrispondono a diversi elementi
(le sostanze materiali più semplici o elementari che legandosi formano i composti).
Il numero atomico (Z): viene posto in basso a sinistra del simbolo dell'elemento e indica il
numero di protoni nel nucleo.
il numero di massa (A): viene posto in alto a sinistra del simbolo dell’elemento e indica il
numero di protoni (Z) e di neutroni (N) contenuti nel nucleo.
ISOTOPI
Elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa.
Alcuni isotopi sono instabili, sono cioè soggetti a decadimento radioattivo (radioisotopi). Il
decadimento radioattivo comporta l'emissione di particelle energetiche con trasformazione
degli isotopi instabili in isotopi di elementi diversi.
LA TABELLA PERIODICA
I 92 tipi di atomi o elementi sono stati ordinati in una tabella in ordine di numero atomico
crescente, dal più leggero, l'Idrogeno, al più pesante, l'Uranio.
Spostandosi lungo una linea orizzontale (periodo) il numero atomico cresce di una unità per
volta e le proprietà chimiche variano con continuità.
Scendendo lungo una colonna (gruppo) il numero atomico cresce di parecchie unità per
volta, ma le proprietà chimiche rimangono praticamente costanti.
LIVELLI ENERGETICI ED ORBITALI
Gli elettroni orbitano intorno al nucleo su 4 tipi di orbitali di forma diversa, indicati con le
lettere s, p, d, f. Ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni.
Gli elettroni possono sistemarsi solo a certe distanze dal nucleo, formando così una sorta di
strati o gusci elettronici, a ciascuno dei quali compete una certa energia caratteristica,
detta livello energetico.
Nel primo livello energetico, quello più vicino al nucleo, possono essere ospitati non più di 2
elettroni (vi è solo un orbitale s)
Nel secondo livello energetico altri 2 elettroni come in precedenza più altri 6. Si tratta in
realtà di due sottolivelli il primo con 2 elettroni (1 orbitale s) ed il secondo con 6 elettroni
(3 orbitali p) per un totale di 8 elettroni.
Nel terzo livello 2 + 6 + 10 elettroni (3 sottolivelli: 1 orbitale s + 3 orbitali p + 5 orbitali d)
per un totale di 18 elettroni.
Nel quarto livello 2 + 6 + 10 + 14 elettroni (4 sottolivelli: 1 orbitale s + 3 orbitali p + 5
orbitali d + 7 orbitali f) per un totale di 32 elettroni.
I livelli successivi presentano al massimo 4 sottolivelli.
Gli atomi utilizzano gli elettroni del loro livello energetico più esterno (elettroni superficiali
o elettroni di valenza) per interagire tra loro. Atomi di elementi diversi che presentino la
medesima configurazione elettronica superficiale (il medesimo numero di elettroni sul loro
ultimo livello) manifestano quindi caratteristiche chimiche simili.
SIMBOLOGIA CHIMICA
Ogni elemento chimico viene convenzionalmente indicato con un simbolo chimico di una o
due lettere, di cui la prima maiuscola.
Quando due o più atomi si uniscono si parla di molecola. Se una molecola è formata da
atomi dello stesso elemento si parla di sostanza semplice o elementare.
L'indice posto in basso a destra indica il numero di atomi legati a formare una molecola.
Quando non è presente è sottinteso l'indice 1.
Se una molecola è formata da atomi di elementi diversi si parla di composto.
Le formule chimiche brute o grezze ci informano solo sul numero di atomi di ciascun
elemento che entrano a far parte di una sostanza. Invece per descrivere il modo in cui gli
atomi si legano tra loro si utilizzano delle barrette per evidenziare il legame chimico tra gli
atomi (formule di struttura).
Quando si scrive una reazione chimica le sostanze che reagiscono (reagenti) vengono
separate dalle sostanze che si formano (prodotti di reazione) dal segno di reazione (→).
Sia i reagenti che i prodotti di reazione sono preceduti da un numero, detto coefficiente
stechiometrico, che indica il numero di molecole che partecipa alla reazione. Il coefficiente
1 è sottinteso.
2H2 + O2 → 2H2O
Due molecole di idrogeno (biatomico) reagiscono con una molecola di ossigeno (biatomico)
per dare due molecole di acqua. Una reazione in cui compaiano i corretti coefficienti
stechiometrici si dice “bilanciata”.
Durante la reazione non si possono creare e non possono sparire atomi.
IL PESO (MASSA) DEGLI ATOMI E DELLE MOLECOLE
Il dalton o unità di massa atomica (uma o u) viene definito come 1/12 (un dodicesimo) della
massa del C-12 ed è pari a 1,6605.10-24 g.
Si definisce peso atomico (o molecolare) relativo il rapporto tra la massa di un atomo (o di
una molecola) e 1/12 della massa del Carbonio-12. Unità di misura: Il dalton o unità di
massa atomica (uma o u).
I pesi atomici relativi sono tabulati nella tabella periodica.
Un’altra unità di misura, usata per esprimere quantità macroscopiche di materia, è la mole.
1 mole di una sostanza è pari al suo peso relativo espresso in grammi.
Così una mole di ossigeno gassoso O2 è pari a 32 g di ossigeno (il peso relativo è 16 + 16 = 32
u).
Una mole di una qualsiasi sostanza ha la proprietà notevole di contenere sempre lo stesso
numero di particelle, detto numero di Avogadro, pari a 6,022.1023.
Il vantaggio sta nel fatto che ora possiamo misurare e far reagire quantità macroscopiche e
facilmente misurabili di materia (4 g di idrogeno e 32 g di ossigeno).
STATI DI AGGREGAZIONE
Gli stati della materia dipendono da pressione e temperatura
Solido
passaggi di stato:
- fusione: solido - liquido
- sublimazione: solido - gassoso
Liquido
passaggi di stato:
- evaporazione: liquido - gassoso
- solidificazione: liquido - solido
Gassoso
(Legge di stato dei gas perfetti: PV=nRT) passaggi di stato:
- condensazione: gassoso - liquido
- brinamento: gassoso - solido
COMPOSTI INORGANICI
non includono carbonio (tranne alcuni casi es: CO2) ma necessari alla vita (es. H2O)
COMPOSTI ORGANICI
includono la quasi totalità dei composti del carbonio. (Chimica del carbonio)
Legame
IL LEGAME CHIMICO
forza di attrazione che mantiene uniti tra loro atomi e molecole:
- ATOMI
legami intra-molecolari - interazioni forti (che formano molecole):
legame ionico
forza di attrazione elettrostatica tra atomi con elevata differenza di elettronegatività
è un legame chimico di tipo elettrostatico tra ioni aventi carica opposta.
I composti che presentano questo tipo di legame si dicono composti ionici.
Questo legame genera strutture cristalline.
Le sostanze ioniche, poste in acqua si dissociano negli ioni costituenti.
In acqua quindi le sostanze ioniche non sono presenti come molecole, ma come ioni.
In tutte le soluzioni acquose che costituiscono gli esseri viventi e nelle cellule in particolare,
si trovano ioni di interesse biologico quali appunto: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- etc.
Si dicono ioni, atomi elettricamente carichi, positivamente o negativamente. Uno ione
positivo o catione si forma per perdita di uno o più elettroni. Gli ioni negativi o anioni sono
atomi che hanno acquistato uno o più elettroni.
legame covalente
compartecipazione di due elettroni appartenenti ad ambedue gli atomi (omeopolare atomi
uguali e eteropolare atomi diversi). Se la coppia di elettroni proviene da un solo atomo, è
definito dativo.
- MOLECOLE
legami inter-molecolari - interazioni deboli
Le molecole polari sono soggette ad ulteriori legami deboli intermolecolari, di reciproca
attrazione elettrostatica, tra i poli opposti delle molecole stesse, detti legami dipolodipolo (o interazioni dipolo-dipolo):
legame idrogeno
tra atomo di idrogeno e 2 atomi elettronegativi appartenenti a molecole diverse (es.: F, O,
N). Nell’acqua Struttura Tetraedrica.
forze di van der waals e di london
i più deboli. legame in cui un dipolo indotto (cioè in cui viene a formarsi al suo interno una
separazione delle cariche) induce un altro dipolo a caricarsi elettricamente.
Una reazione avviene con liberazione di energia (reazione esoergonica) se i legami che si
spezzano sono più energetici dei legami che si formano.
Se al contrario una reazione avviene con assorbimento di energia (reazione endoergonica), i
legami che si spezzano sono meno energetici dei legami che si formano.
Reazioni e Soluzioni
REAZIONI CHIMICHE
Le sostanze che partecipano ad una reazione chimica sono:
reagenti SX
prodotti DX (quelle che si formano)
Durante le reazioni, atomi, molecole e ioni interagiscono tra loro e si riassestano per
formare nuove sostanze.
Regole delle equazioni chimiche:
1) I reagenti sono separati dai prodotti da una freccia che indica la direzione della reazione;
una doppia freccia indica che la reazione è reversibile cioè che può procedere sia verso
destra che verso sinistra e che esiste un equilibrio tra i reagenti e i prodotti.
2) I reagenti sono scritti a sinistra mentre i prodotti a destra della freccia. Un segno + è
posto tra i diversi reagenti e prodotti.
3) Le condizioni necessarie per far procedere la reazione possono essere scritte sopra o sotto
la freccia. Ad esempio, un segno "delta" sopra la freccia indica che la reazione richiede
calore.
4) I coefficienti (numeri interi) posti davanti alle formule delle sostanze (ad es. 2 H2O)
indicano il numero di unità (atomi, molecole, ioni o moli ) di ogni sostanza che partecipa
alla reazione. Il coefficiente 1 si sottointende.
bilanciamento delle equazioni chimiche
Per rappresentare i rapporti quantitativi tra le sostanze che partecipano ad una reazione è
necessario bilanciare l'equazione, occorre cioè fare in modo che essa contenga lo stesso
numero di atomi di ciascuno elemento sia a destra (prodotti) che a sinistra (reagenti) della
freccia. Questo si effettua in accordo con il principio di conservazione della massa.
stechiometria
è il ramo della chimica che studia le relazioni numeriche fra elementi e composti e le
proporzioni secondo le quali gli elementi e i composti si combinano e prendono parte alle
reazioni chimiche.
KEP
Costante di equilibrio varia con temperatura e pressione.
Teoria delle collisioni
Le reazioni avvengono quando gli urti tra le molecole dei reagenti diventano efficaci
(quando l’energia cinetica supera la barriera energetica detta energia di attivazione).
Catalizzatori
Atomi, molecole o enzimi che nelle reazioni biologiche aiutano a superare la barriera di
energia di attivazione.
Le reazioni si definiscono
In fase omogenea tra reagenti della stessa fase (liquido – liquido)
In fase eterogenea tra reagenti in fase diversa (liquido – gas)
STATO LIQUIDO
Biologicamente il più importante perché intermedio.
Tensione di vapore: Proprietà dello stato liquido in sistema chiuso di raggiungere un
equilibrio dinamico tra le molecole allo stato liquido e quello gassoso. La pressione del gas è
ben definita.
SOLUZIONI
Una soluzione è un sistema omogeneo di due o più componenti, in cui i componenti sono
presenti allo stato atomico o molecolare e risultano pertanto inosservabili.
solvente la sostanza presente in quantità maggiore
soluto (o soluti) la sostanza (o le sostanze) presente in minor quantità.
Le soluzioni gassose (gas in gas) vengono normalmente dette miscele gassose.
Le soluzioni solide sono dette leghe.
Le soluzioni liquide in cui un soluto si scioglie in un liquido dette soluzioni acquose (l'acqua).
Sospensioni il soluto fisicamente distinguibile dal liquido
Colloide stato a metà tra soluzione e sospensione
Solubilità Capacità di una sostanza di sciogliersi in un’altra formando un sistema omogeneo
(monofasico)
Fattori: natura e temperatura.
Classificazione soluti e solventi
Polari
Apolari
Idrofobici
Soluzione satura costituita da due fasi: una liquida e una solida (corpo di fondo)
Elettroliti
sostanze (acidi, basi o sali) che disciolte in acqua o in altri solventi si dissociano in ioni, cioè
in atomi dotati di carica elettrica positiva o negativa. Gli elettroliti possono essere forti o
deboli a seconda del maggiore o minor grado di dissociazione, cioè a seconda del numero
delle molecole dissociate.
ACQUA
H2O composto chimico largamente diffuso allo stato liquido, solido e di vapore.
Ha elevato potere solvente nei confronti di tutte le sostanze solide dissociabili in ioni in
soluzione (acidi, basi, sali).
Salinità dell’acqua (sali disciolti); durezza (sali incrostanti, es. carbonato di calcio e
magnesio)
Favorisce il passaggio in soluzione di soluti specialmente ionici (idratazione).
Si definisce:
neutra qualunque soluzione acquosa che contenga uguale concentrazione di ioni negativi
OH- e ioni positivi H+
acida quando prevalgono ioni H+ (idrogeno).
basica ioni OH- (idrossido).
La Scala del PH (14 gradi) serve a misurare l’acidità di una soluzione: pH1 = acida; pH7 =
neutra; pH14 basica.
Sistema tampone
sistema chimico capace di neutralizzare l'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti,
e quindi di mantenere costante il grado di acidità o pH di una soluzione. Una soluzione
tampone contiene una coppia coniugata acido-base, che può essere costituita da un acido
debole in presenza di un suo sale con una base forte.
L'azione tampone del sistema è determinata dalla duplice presenza di una forma acida
capace di neutralizzare le piccole aggiunte di una base, e di una forma basica capace di
neutralizzare le piccole aggiunte di acidi.
L'importanza delle soluzioni tampone è fondamentale in tutte quelle reazioni chimiche che
richiedono un pH costante e nella maggior parte dei processi biochimici.
Ossidazione
combinazione di un elemento con l'ossigeno
Reazioni di ossidoriduzione o redux
tutte le reazioni in cui si ha un trasferimento di elettroni da una superficie chimica all’altra.
Utilizzata dall’uomo per ricavare energia dall’ossigeno (immagazzinata nella molecola di
ATP) per mezzo di organi subcellulari detti mitocondri.
MOLE
Unità di misura (simbolo mol) della grandezza fondamentale quantità di sostanza nel
Sistema Internazionale (S.I.). Tale quantità di sostanza contiene un numero di entità
elementari (elettroni, ioni, atomi, molecole, ecc.) pari a quello presente in 0,012 kg di
carbonio 12. Il numero di particelle contenuto in una mole di una sostanza in condizioni
normali è pari a quello di Avogadro (N=6,02·1023) e pertanto la mole può essere definita
come la quantità di sostanza che contiene un numero fisso, appunto N, di particelle
elementari simili. Il termine mole è sostitutivo delle grandezze grammomolecola.
Proprietà colligative delle soluzioni
quelle proprietà il cui valore dipende dal numero delle particelle presenti e non dalla loro
natura chimica e fisica. Ad esempio la pressione ed il volume dei gas sono proprietà
colligative. (Solido in solvente liquido)
Fenomeni:
Abbassamento della tensione di vapore quando un soluto è sciolto in soluzione
Innalzamento della temperatura di ebollizione
Abbassamento della temperatura di congelamento
Aumento pressione osmotica: 2 soluzioni a concentrazione differente separate da membrana
semipermeabile, il solvente passa dalla soluzione più diluita a quella più concentrata
(osmosi). La pressione osmotica è la pressione per opporsi all’osmosi che corrisponde alla
concentrazione di soluto. L’equilibrio si ha nelle soluzioni iosotoniche.
Chimica Organica e Carbonio
Da un punto di vista chimico ciò che distingue un essere vivente dalla materia inanimata non
è il tipo di elementi chimici di cui è costituito, ma la complessità con cui tali elementi si
legano per dare origine alle enorme varietà delle sostanze organiche. In molti casi le
macromolecole organiche raggiungono complessità e varietà ancor maggiori attraverso il
processo di polimerizzazione.
Un polimero è un composto formato dalla successione di molte molecole uguali (monomeri)
o di pochi tipi diversi. Uno stesso monomero può agganciarsi in modi diversi formando
polimeri aventi differenti caratteristiche (il glucosio, ad esempio, forma sia la cellulosa che
l'amido).
Le molecole biologiche sono composte da un numero relativamente esiguo di elementi
chimici. Dei 92 elementi esistenti in natura, ne utilizzano una trentina.
Il 99% di un essere vivente è formato da:
- 6 elementi chimici: il Carbonio (C), l'Idrogeno (H), l'Ossigeno (O), l'Azoto (N), il Fosforo (P)
e lo Zolfo (S).
- basse quantità di silicio (Si) e alluminio (Al).
- oligoelementi (essenziali per le funzioni cellulari.
IL CARBONIO
Rappresenta lo scheletro di tutte le sostanze organiche, infatti la chimica organica è
conosciuta anche come chimica del carbonio.
Il carbonio possiede 4 elettroni superficiali che può condividere con altri elementi chimici
(ed anche con altri atomi di Carbonio) per formare quattro legami covalenti stabili.
Ha la capacità di legarsi con altri atomi di carbonio per formare lunghe catene, ramificate o
chiuse, mantenendo nel contempo legami liberi che vengono saturati da altri elementi
chimici (essenzialmente H, O, N). In tal modo le combinazioni possibili risultano infinite.
Quando il Carbonio si lega con se stesso produce molecole dalla geometria variabile che
dipende dagli angoli di legame. 3 casi:
1 - Carbonio tetraedrico
il Carbonio forma 4 legami covalenti semplici (carbonio tetraedrico). Libera rotazione
intorno al legame Carbonio.
La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella
degli alcani.
alcani
sono degli idrocarburi saturi. Il termine “idrocarburi” sta ad indicare dei composti formati
solo da idrogeno e carbonio. Il termine “saturi” sta ad indicare il fatto che la catena
carboniosa è saturata dall’idrogeno, presenta cioè il numero massimo di atomi di idrogeno
possibili. Gli alcani sono classificati in relazione al numero di atomi di carbonio che forma la
catena carboniosa
La desinenza che caratterizza i loro nomi è -ano.
2 - Carbonio planare
Il Carbonio forma 2 legami semplici ed 1 doppio (carbonio planare). In questo caso i legami
giacciono su di un piano a 120° l'uno dall'altro. Non vi è libera rotazione intorno al legame
Carbonio-Carbonio.
La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella
degli alcheni.
alcheni
sono degli idrocarburi insaturi. Il termine “insaturi” sta ad indicare il fatto che la catena
carboniosa non è completamente saturata dall’idrogeno. Nel caso specifico l’insaturazione si
manifesta con la presenza di un doppio legame tra due atomi di carbonio. Idrogenando il
doppio legame (aggiungendo due atomi di idrogeno) si può infatti trasformare un alchene in
un alcano. Gli alcheni hanno la stessa radice dell’alcano con uguale numero di atomi di
carbonio, ma cambiano la desinenza in –ene.
3 - Carbonio lineare
Il Carbonio forma 1 legame semplice ed 1 triplo oppure 2 legami doppi(Carbonio lineare). In
questo caso i legami giacciono lungo una retta a 180° l'uno dall'altro
Anche in questo caso è impedita la libera rotazione intorno all'asse Carbonio-Carbonio
interessato dal legame triplo.
La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella
degli alchini.
Alchini
come gli alcheni, sono degli idrocarburi insaturi. Nel caso specifico l’insaturazione si
manifesta con la presenza di un triplo legame tra due atomi di carbonio. Gli alchini hanno la
stessa radice dell’alcano con ugual numero di atomi di carbonio, ma cambiano la desinenza
in –ino.
Legami semplici, doppi e tripli possono comunque succedersi in modi diversi all'interno di
una stessa molecola organica. Naturalmente queste strutture carboniose possiedono sempre
legami liberi che utilizzano per legarsi con altri elementi chimici. In questo modo essi
forniscono alla molecola che si forma le sue caratteristiche chimiche peculiari e aumentano
grandemente il numero di combinazioni possibili tra atomi.
Reazione di Ossidazione
L'ossidazione è una reazione in cui un composto chimico perde elettroni ed energia.
Mentre la riduzione è una reazione in cui un composto chimico acquista elettroni ed energia.
Poiché nei composti organici nella maggior parte dei casi una ossidazione avviene per
sostituzione di un legame C-O con un legame C-H, possiamo giudicare il grado di ossidazione
o di riduzione di un composto organico dal numero di tali legami.
un composto sarà tanto più ossidato quanto più numerosi sono i suoi legami C-O e sarà tanto
più ridotto quanto più numerosi sono i suoi legami C-H.
un atomo di carbonio legato a 4 atomi di idrogeno a formare una molecola di metano (CH4)
è un composto molto energetico, con un elevato grado di riduzione.
Quando bruciamo il metano per estrarne l'energia noi effettuiamo un'ossidazione.
Sostituiamo infatti gli atomi di idrogeno con gli atomi di ossigeno ottenendo un composto
estremamente ossidato e povero di energia, l'anidride carbonica CO2. La differenza di
energia tra i due composti è quella che noi sfruttiamo.
Ma tra il metano che presenta un elevato grado di riduzione e l'anidride carbonica che
risulta completamente ossidata esistono composti chimici che presentano gradi di
ossidazione intermedi.
Ad esempio se sostituiamo un idrogeno del metano con un ossidrile, otteniamo un composto
parzialmente ossidato, ma ancora ricco di energia, l'alcool metilico o metanolo (CH3OH).
Gli alcoli sono una famiglia di composti caratterizzati dal gruppo funzionale ossidrile (-OH) e
dalla desinenza -olo (ricordiamo che i composti organici si riuniscono in famiglie
caratterizzate dalla presenza di un particolare raggruppamento chimico detto gruppo
funzionale)
Se ossidiamo ulteriormente il metanolo otteniamo l'aldeide formica o formaldeide o
metanale (H-CHO). Le aldeidi sono caratterizzate dal gruppo funzionale aldeidico (-CHO) e
presentano desinenza -ale.
Continuando nel processo di ossidazione otteniamo un composto ancora più povero di
energia, l'acido formico o acido metanoico (H-COOH). Gli acidi organici (o carbossilici) sono
caratterizzati dal gruppo funzionale carbossile (-COOH) e dalla desinenza -oico.
Ossidando l'acido formico si ottiene infine l'anidride carbonica.
Come si può notare man mano che procede il processo ossidativo gli atomi di idrogeno
vengono sostituiti da atomi di ossigeno. Inoltre per molti composti il grado di ossidazione è
relativo. Infatti diremo che l'aldeide formica è più ossidata dell'alcool metilico, ma è più
ridotta dell'acido formico.
Glucidi
I composti organici che costituiscono tutti gli esseri viventi possono essere raggruppati in
quattro classi fondamentali: glucidi, lipidi, protidi e acidi nucleici.
I chimici classificano i composti organici in relazione alla presenza nella loro molecola di
particolari gruppi chimici, detti gruppi funzionali.
Ciascuna classe di composti organici presenta uno o più gruppi funzionali caratteristici.
GLUCIDI (CARBOIDRATI O ZUCCHERI)
I glucidi sono costituiti solo da tre elementi chimici: Carbonio, Idrogeno e Ossigeno.
zuccheri semplici: monosaccaridi
zuccheri composti da 2: disaccaridi
zuccheri composti da più monosaccaridi: polisaccaridi.
- Monosaccaridi
I monosaccaridi rappresentano il combustibile per eccellenza delle cellule (L'energia si trova
concentrata nei legami C-H) e fungono da mattoni chimici per la costruzione di molecole
complesse.
I monosaccaridi sono formati da catene di 3,4,5,6 o 7 atomi di carbonio.
La desinenza -osio caratterizza i nomi dei monosaccaridi.
Formula bruta generica
I più diffusi sono a 6 (esosi) e 5 (pentosi) atomi di carbonio che si chiudono in
genere ad anello.
Un monosaccaride presenta il primo (aldosi) o il secondo (chetosi)
carbonio della catena unito ad un atomo di ossigeno con un doppio legame covalente
(gruppo funzionale carbonilico), mentre tutti gli altri atomi di carbonio sono uniti con un
gruppo ossidrilico. Tutti i rimanenti legami del carbonio vengono saturati dall'idrogeno. La
presenza di numerosi ossidrili, caratterizzati da una elevata polarità, rende i monosaccaridi
facilmente solubili in acqua.
Glucosio (aldoesoso) si chiude a esagono
Fruttosio (chetoesoso) si chiude a pentagono
Galattosio (aldoesoso) si trova abbondante nel latte
I pentosi.
Formula bruta C5H10O5.
Ribosio (aldopentoso) fondamentale per la costruzione di sostanze organiche complesse
come RNA.
Desossiribosio (DNA)
I triosi.
Formula bruta C3H6O3.
Gliceraldeide (aldotrioso) un intermedio nel metabolismo degli zuccheri.
- Disaccaridi e Polisaccaridi
I monosaccaridi possono facilmente unirsi tra loro facendo reagire 2 gruppi ossidrili con
perdita di una molecola
d’acqua, tramite una reazione detta di condensazione, rimanendo uniti tramite un atomo di
ossigeno.
Tra i disaccaridi (o oligosaccaridi):
maltosio (glucosio + glucosio)
saccarosio (glucosio + fruttosio)
lattosio (glucosio + galattosio).
I polisaccaridi vengono sintetizzati per immagazzinare riserve di zuccheri, altri hanno invece
funzioni strutturali (servono alla cellula come materiale da costruzione).
Hanno funzione di riserva di energia i polimeri del glucosio come l'amido (nelle piante) e il
glicogeno (negli animali).
I polisaccaridi di riserva non possono essere utilizzati così come sono per fornire energia, ma
devono essere preventivamente riconvertiti nei monosaccaridi costituenti. La reazione
avviene con l'introduzione di una molecola d'acqua nel punto in cui era stata
precedentemente eliminata.
La molecola d'acqua spezza il ponte ossigeno riformando i due ossidrili. Tale processo di
separazione attraverso l'acqua è detto idrolisi.
Nelle piante il più importante polimero del glucosio è la cellulosa, per formare la parete
cellulare.
Negli esseri viventi animali è più raro trovare polisaccaridi con funzioni strutturali.
Lipidi
Classe eterogenea di composti chimici quasi totalmente insolubili in acqua.
I legami chimici nelle molecole lipidiche sono legami C-H (apolari e quindi idrofobici) ed è
formato dall'unione di un acido carbossilico con un alcool ed è quindi un estere.
Indichiamo un acido generico come R-COOH ed un alcool generico come R- OH.
La lettera R indica un radicale generico, un gruppo di atomi in catena carboniosa di cui, nel
caso particolare, non interessa la composizione.
L'acido e l'alcol si uniscono utilizzando i rispettivi gruppi funzionali, tramite una reazione di
condensazione detta esterificazione. Durante la reazione viene eliminata una molecola
d'acqua tra l'ossidrile del gruppo carbossilico e l'idrogeno del gruppo alcolico.
I lipidi possono essere idrolizzati per ottenere gli acidi e gli alcoli di partenza.
Vengono utilizzati dagli esseri viventi come materiale isolante ed impermeabilizzante e
costituiscono riserva di energia, facilmente accumulabile in depositi per la loro insolubilità.
A parità di peso un lipide è in grado di fornire più del doppio di energia rispetto ad un
carboidrato.
I grassi possono essere solubili mediante ebollizione in soluzioni di soda (saponificazione).
Alcuni grassi sono facilmente digeribili e sono facilmente sintetizzabili dal nostro corpo
(colesterolo).
Altri, come l’acido linoleico, non sono prodotti dal nostro organismo che deve assumerli da
fonti esterne: (olio, pesce che contiene omega 3).
Gli oli sono grassi che a temperatura ambiente, in genere, sono allo stato liquido e sono
costituiti da acidi oleici.
Quando sui legami insaturi dei lipidi si lega dell’O2 si ha irrancidimento.
I lipidi si dividono in lipidi semplici (formati solo dall'unione di alcool e acido grasso) e lipidi
composti (formati anche da una terza sostanza chimica).
Lipidi semplici
I lipidi semplici si dividono in trigliceridi, ceridi (o cere) e steridi (o lipidi steroidei).
Ciascuno di questi tre gruppi è caratterizzato da un particolare alcol.
I trigliceridi sono caratterizzati dalla presenza dell'alcol glicerolo (o glicerina), un alcool
triossidrilico.
I trigliceridi possono essere saturi o insaturi.
I ceridi, o semplicemente cere, sono caratterizzati dalla presenza di un alcool
monoossidrilico a lunga catena carboniosa.
Gli steridi o lipidi steroidei utilizzano come alcool uno sterolo.
Tra gli steroli, il più importante è il colesterolo.
Il colesterolo è una molecola indispensabile al nostro organismo essendo un componente
della membrana ed il precursore di importanti ormoni.
Lipidi composti
Sono formati da lipidi semplici in associazione con altre molecole.
Sono ad esempio lipidi composti le lipoproteine, proteine che trasportano i lipidi nel sangue
come le HDL e le LDL o i glicolipidi, formati dall'unione di un lipide semplice con
monosaccaridi, componenti essenziali delle membrane cellulari (soprattutto delle cellule
nervose).
I lipidi sono un sottoinsieme degli esteri, nel senso che gli esseri viventi utilizzano solo
alcuni tipi di alcoli ed alcuni tipi di acidi organici (acidi grassi) per sintetizzare i lipidi.
I componenti basilari dei grassi sono gli acidi grassi, le cui molecole sono costituite
principalmente da una catena di circa 14-20 atomi di carbonio. Si tratta di molecole molto
lunghe. A una estremità della catena sta COOH detto gruppo carbossilico o gruppo acido.
L’acido carbossilico è caratteristico di una classe di composti organici detti acidi
carbossilici.
Esempi di acidi grassi sono:
acido palmitico CH3 - (CH2) 14 - COOH
acido stearico CH3 – (CH2) 16- COOH
acido oleico CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7-COOH
Si tratta per tutti questi esempi di grassi saturi.
Nota
- Le molecole che contengono legami semplici sono detti saturi.
- Quelli che possiedono doppio o triplo legame C=C sono detti insaturi.
- Se vi è più di un doppio legame, polinsaturi.
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Introduzione alla Chimica La CHIMICA è la scienza che si occupa di