chimica perchè

CHIMICA PERCHÈ
Corso di Chimica Generale ed Inorganica
corso di laurea in Farmacia
2011_2012
Introduzione alla chimica
Claudio Pettinari
Il programma
I Parziale
§  La chimica e il metodo scientifico di indagine. Sistemi omogenei ed
eterogenei. Legge dei rapporti ponderali di combinazione, Legge
di conservazione della massa, Leggi delle proporzioni definite e
multiple, Leggi dei rapporti volumetrici di combinazione, mole e
Numero di Avogadro. La scoperta degli elementi.
§  La scoperta delle particelle subatomiche, Protone, neutrone, elettrone.
Numero atomico, numero di massa, concetto di isotopo,
Configurazione elettronica e numeri quantici. Energia di ionizzazione
ed affinità elettronica, livelli energetici per i primi 30 elementi.
§  Elettronegatività: legame tra atomi, covalente, polare, ionico.
Legame metallico. Legame tra molecole e/o ioni: idrogeno, van der
Waals, forze di London, dativo. Le interazioni tra coppie di elettroni e
modelli molecolari. Ibridazione e risonanza. Polarità delle molecole.
Carica formale e numero di ossidazione. Formule di struttura. 1-2
I Parziale,
continua
Calcoli con le moli. Fattore stechiometrico, resa e
purezza, reagente limitante. Tavola periodica degli
elementi, Ossidi, idrossidi, sali, acidi, nomenclatura
corrente, nomenclatura IUPAC.
Stati di aggregazione della materia: gas, leggi dei gas,
proprietà dei gas, gas reale e ideale, temperatura critica;
Liquidi: evaporazione, ebollizione, tensione di vapore,
viscosità, tensione superficiale. Solidi. Processi endotermici
e esotermici, processi spontanei e non spontanei.
1-3
II parziale
§  Soluzioni. Modi di esprimere le concentrazioni. Concetto di
diluizione. Passaggio da una concentrazione all'altra.
§  Reazioni redox. Bilanciamento di Reazioni Redox.
§  Proprietà colligative: pressione osmotica, abbassamento
crioscopico e innalzamento ebullioscopio, abbassamento della
tensione di vapore.
§  Cinetica chimica e catalizzatori. Equilibrio chimico. legge di azione
di massa, la costante di equilibrio, principio di Le Chatelier.
§  Acidi e basi, forti e deboli. Prodotto ionico dell'acqua. pH, costanti
di dissociazione. Scale di acidità. Soluzioni tampone, idrolisi salina.
§  Solubilità di sali poco solubili e Kps.
1-4
Testi di riferimento (1 solo!!!)
§  1. Burdge: Chimica, Casa editrice Ambrosiana
§  2. Petrucci R, Harwood W., Herring F: Chimica
Generale: principi e moderne applicazioni, Piccin -Nuova
Libraria
§  3. Atkins, P. Jones L-Principi di Chimica, Zanichelli
§  4. Rippa M, Piazzini S, Pettinari C. La Chimica del
Rippa, Zanichelli per la scuola.
Stechiometria:
a. Breschi-Massagli ETS PISA
1-5
Lezioni
Lunedì 15-17
Martedì 11-13
Giovedì 15-17
Venerdì 9-11
Orario ricevimento:
Lunedì, e Giovedì ore 17-18
Venerdì ore 11
[email protected]
1-6
Ma la chimica serve a qualcosa?
Non sempre il valore della chimica e della sua industria viene
percepito chiaramente perché di solito le persone non ne consumano
direttamente i prodotti (che sono in gran parte beni intermedi
utilizzati all'interno dei processi produttivi).
1-7
Chimica che potresti già conoscere
1-8
Chimica nei consumi e nei servizi
Senza chimica la nostra vita sarebbe diversa perché la maggior parte dei prodotti
che consumiamo e utilizziamo non potrebbe esistere o non sarebbe accessibile a
costi contenuti e accettabili.
Grazie alla chimica migliorano le
loro caratteristiche, aumentano
le prestazioni, diventano più
sicuri e compatibili con
l'ambiente.
1-9
Quanta chimica in un'auto !!!!
Per capire l'importanza dei prodotti chimici è necessario vedere quanti e
quali ne entrano in un oggetto.
In un'automobile ve ne sono
tantissimi, tutti fondamentali
per garantire prestazioni e
sicurezza.
1500-3500
euro
Il contenuto di chimica di un
automobile europea
(monovolume) può variare tra
gli 1500 e i 3500 euro a
seconda del modello
considerato.
1-10
NaN3
Nitruro di sodio (sodio azide)
La reazione viene innescata
elettricamente quando il
veicolo decelera
velocemente!!
§ Si riempie in 0.050 secondi
§ Collisione tra veicoli durano
circa 0.125 secondi
2NaN3(s)à2Na(s) +3N2 (g)
1-11
Perché la chimica sembra
difficile?
1-12
La chimica non è intuitiva
I suoi concetti fondamentali non sono direttamente
connessi con i dati sensoriali, come in altre discipline
L’acquisizione conoscitiva di caratteri
connessi alla composizione dei corpi
materiali (es. presenza di carbonio nei
materiali che fungono da combustibile)
deve basarsi su modalità di analisi
sperimentali prive di uno stadio
morfologico paragonabile a quello delle
altre scienze (es. in botanica)
1-13
I CORPI COMBUSTIBILI non sono distinguibili su base morfologica da quelli
che tali non sono à benzina, carta, legna e carbone non presentano
caratteristiche morfologiche percepibili che inducano a porli nella stessa
categoria dei “combustibili”.
1-14
La chimica opera su due livelli
Macroscopico: i nostri sensi ci permettono di osservare direttamente la
materia e le sue trasformazioni.
Microscopico: i nostri sensi NON ci permettono direttamente di
comprendere l’intima struttura della materia e il perché delle sue
trasformazioni.
1-15
La comprensione fenomenologica NON è sempre così diretta ed immediata,
perché richiede il collegamento delle proprietà MACROSCOPICHE alla
conoscenza della struttura MICROSCOPICA della materia.
PERCHE’?
1-16
La chimica ha un suo linguaggio
Il significato delle parole nelle scienze e in particolare nella chimica
è spesso diverso da quello nel linguaggio comune.
Buon pomeriggio,
signore e signori
Good afternoon,
ladies and gentlemen
‫ﻱيﻯى‬٩۹ ‫ﺵشﺥخﺩدﺯز‬
٦٤‫ﺙثﺕتﺓةﻡمﻥنﻝل ﺏبﻕقﻙكﺉئﺇإﻑف‬
‫ﺇإﺅؤ‬٨۸‫ ﺡحﻁطﻍغ‬٣۳
1-17
La chimica ha un suo simbolismo
Lavoisier fu il primo a rendersi conto dell’importanza del
simbolismo in chimica e a dare alcune regole
1-18
La chimica e il suo simbolismo
1-19
L’immagine della chimica
Visione distorta della chimica. Si ignorano i benefici
che un corretto uso della chimica porta al
miglioramento della qualità della vita mentre si
esaltano i rischi che invece derivano da un uso
sconsiderato della chimica.
1-20
1-21
Gli antichi filosofi greci avevano ben
separato scienza e religione, pur con un
rapporto fra le due culture.
Khemeia
“Arte degli abitanti della terra di Cam”
L’abilità nella chimica applicata
degli egizi e la conoscenza teorica
dei greci s’incontrarono e si
fusero.
1-22
Chimica e origini della civiltà
L’uomo ha inconsapevolmente
impiegato reazioni chimiche
finalizzate al proprio benessere
fin dall’antichità
“E’ nelle officine del fabbro, del
vasaio e del vetraio e nella bottega
del profumiere che è nata la
chimica” (J.-B. Dumas)
1-23
Chimica
La chimica è la disciplina scientifica che studia la
struttura, la composizione, le proprietà dei corpi
naturali e artificiali, interessandosi soprattutto
delle trasformazioni chimiche delle sostanze di cui
questi corpi sono costituiti.
1-24
Il mondo? Sono solo 92 atomi
1-25
La Chimica è definita come la scienza delle molecole
e delle loro trasformazioni
Non è tanto la scienza dei 92 elementi, bensì dell’infinita varietà
di molecole che possono essere costruite con essi.
“Ogni aspetto del mondo d’oggi, compresa la
politica
e
le
relazioni
internazionali,
è
influenzata dalla chimica.”
Linus Pauling
premio Nobel per la chimica 1954
premio Nobel per la pace 1962
1-26
•  Una sostanza è una forma di materia che ha una
composizione definita (costante) e proprietà definite
•  Un elemento è una sostanza che non può essere separata
in sostanze più semplici
1-27
Ogni cosa che tocchiamo, mangiamo, beviamo, osserviamo….
è fatta di molecole. Esse determinano il sapore di un cibo e la
fragranza di una rosa. Noi siamo fatti di molecole.
Quando due atomi uguali
(N2, Cl2) o diversi (H2O,
HCl) si combinano insieme si
formano le molecole
1-28
Stati della materia
Immagini a livello molecolare di un solido, di un
liquido e di un gas.
1-29
Miscele
Una miscela è omogenea perché la composizione della miscela è
uniforma in ogni parte
Una miscela eterogenea costituita da limatura di ferro e zolfo
1-30
Atomi di un elemento
Molecole di un composto
Molecole di un elemento
Miscele di elementi e composti
1-31
Chimica e studio dei medicinali
L’importanza
di essere cis-
ü  Cis-platino e tumori
ü  Azidotimidina (AZT)
1-32
Serendipity
§ 
Rosenberg era stato chiamato a fondare un laboratorio di biofisica
alla Michigan State University.
Impressionato dall’analogia formale tra il fuso miotico (insieme dei
filamenti proteici che regolano la separazione dei cromosomi
duplicati e il loro convergere su poli opposti) e le linee di forza di un
campo elettrico
1-33
Serendipity
Rosenberg si pone il problema se la
riproduzione cellulare potesse essere
influenzata da un campo elettrico.
Effetto del campo elettrico sulla crescita cellulare
1-34
Cis-platin(o)
§  Rosenberg usò cellule batteriche di Escherichia Coli e, con grande sorpresa, si
accorse che nelle condizioni sperimentali si aveva crescita filamentosa. Le cellule
batteriche continuavano a crescere, ma non riuscivano a separarsi. Ci volle un bel pò
di tempo per comprendere che tale fenomeno era dovuto alla presenza del cis-platino
che si era formato.
Analoga crescita filamentosa era stata
Cl
NH3 osservata con altri composti antitumorali
Pt
come la mostarda azotata, per cui
Cl
Rosenberg ebbe la buona idea di vedere
NH3
se questo composto avesse attività
antitumorale. I risultati ottenuti sul
Sarcoma ascitico 180 furono
sorprendenti. Non si trattava di pura e
semplice tossicità dal momento che altri
composti, come [Ru(phenanthroline)3]3+
o [PtCl4]2-, sono più tossici ma non hanno
attività antitumorale.
1-35
Sintetizzato la prima volta nel 1844 da un medico italiano,
Michele Peyrone, il quale aveva lavorato nel trienno
1842-44 nel laboratorio di Liebig a Giessen e continuato le
ricerche per proprio conto dopo il ritorno in patria.
Cl
Cl
Pt
NH3
NH3
1-36
Cis-platino
§ 
§ 
Nel 1972 ebbe inizio la fase I. Il composto era troppo buono per essere scartato ma troppo
tossico per essere usato.
Nella fase II i risultati migliorarono ma gli effetti collaterali risultarono essere particolarmente
seri.
Cl
Cl
Pt
NH3
NH3
Tutto si sarebbe concluso in un nulla di fatto
se due medici americani, Wallace e Holland,
del Memorial Park Institute di Buffalo, N.Y.,
non avessero preso l’iniziativa di
sperimentare il nuovo farmaco su 13 pazienti
affetti da tumore ai testicoli. E’ questa una
neoplasia particolarmente perniciosa che
portava al decesso del paziente entro un
anno. I risultati furono particolarmente
sorprendenti: remissione totale in 5 casi e
notevole miglioramento in altri quattro casi.
1978: Approvato da FDA
1-37
Dal 1979 il cis-platino viene largamente usato come antitumorale
§  Grossi limiti:
§  Tossicità renale ed epatica (nausea
e vomito) che ne limita la quantità
somministrabile.
§  T. nervosa (perdita dell’udito).
§  Attività limitata solo ad alcune
forme tumorali (testicoli, ovaie,
vescica, testa e collo)
§  Resistenza indotta nei soggetti
trattati
1-38
Altri quattri composti iniettabili di Pt(II) sono stati
approvati per uso clinico
1-39
1-40
I bersagli molecolari del cis-platino
§  Sin dall’inizio Rosemberg ipotizzò che il
bersaglio di questo farmaco fosse il DNA:
crescita filamentosa dei batteri, induzione di
mutazioni, blocco della replicazione e
trascrizione del DNA, maggiore attività nei
confronti di cellule mancanti di sistemi di
riparo…
§  Pertanto le caratteristiche strutturali dei
composti che presentavano attività antitumorale
furono interpretate in relazione alla possibilità
di formazione di addotti con il DNA.
1-41
§  Pur essendo in uso clinico da quasi trentenni, il meccanismo
d’azione del cisplatino non è ancora del tutto chiarito, eccetto
che per le fasi iniziali che includono il trasporto passivo nella
cellula, l’attivazione mediante idrolisi dei cloruri e la
formazione di legami platino-DNA.
1-42
Chimica e nuovi materiali
(Space shuttle 28 gennaio 1986)
L’ottenimento di nuovi materiali e la conoscenza delle loro
proprietà chimiche e fisiche è fondamentale per evitare,
in futuro, errori simili.
1-43
La CHIMICA e alla base del progresso
scientifico nella moderna società
“…ha l’abitudine a penetrare la materia, a volerne sapere le proprietà
ed il comportamento, e ciò conduce ad un abito mentale di
concretezza e di concisione, al desiderio costante di non fermarsi
alla superficie delle cose.
[ ]…è un percorso che permette di crescere. Si impara
più dai propri errori che dai propri successi. [ ]…è una
esperienza che è possibile riconoscere in infiniti altri
itinerari umani. Chi la percorre con onestà ne esce
maturato.”
Primo Levi, L’altrui mestiere.
Primo Levi
1-44
Un altro obie4vo… Presa di coscienza del fa/o che anche in casa e nella vita di tu4 i giorni siamo a conta/o con sostanze potenzialmente pericolose. 1-45
Tu/o ciò che tu4 dovrebbero sapere sulla CHIMICA Per essere partecipi di un diba4to, come ad esempio quello sulla concentrazione e gli effe4 tossici dei pesFcidi in agricoltura, sul loro rapporto vantaggi/svantaggi per la società, o quello sull’uso e l’abuso di farmaci, i ci/adini hanno bisogno di conoscere alcuni principi fondamentali della chimica e di conoscere il modo con il quale gli scienziaF arrivano a fornire risposte a questo genere di quesiF. 1-46
I principi ImportanF per capire 1) Ogni cosa è formata di atomi e molecole §  tu/o il resto §  il comportamento di solidi, liquidi e gas §  che sono molto piccoli e §  sono in conFnuo movimento 2) I compos7 chimici hanno una composizione definita e invariabile §  ogni cosa è formata da elemenF, che sono circa 100 §  ogni sostanza pura ha una formula definita §  campioni di una stessa sostanza sono idenFci, qualunque sia la loro origine §  il conce/o di purezza §  il conce/o di concentrazione §  il conce/o di sostanza §  Il conce/o di miscela §  il conce/o di elemento §  il conce/o di trasformazione §  i diversi effe4 biologici di elemenF e composF §  che cosa fa l’Industria Chimica 3) L’idea di trasformazione chimica §  quando avviene una trasformazione chimica gli atomi si legano in modo diverso e si formano nuove sostanze con proprietà diverse
4) L’idea che le proprietà delle sostanze dipendono dalla loro struCura molecolare §  la forma delle molecole di una sostanza e il modo con cui sono unite determinano aspe/o e proprietà della sostanza
5) Il potere e i limi7 della scienza §  come gli scienziaF cercano di risolvere i problemi §  a quali domande la scienza può rispondere e a quali no
§  l’archite/ura della materia §  come i chimici proge/ano materiali, farmaci ecc., con parFcolari proprietà §  considerare in modo razionale gli aspe4 eFci della scienza §  valutare i resoconF dei media su fa4 scienFfici 1-47
MISURAZIONE SCIENTIFICA
1-48
1-49
Scala Celsius, Kelvin e Fahrenheit
1-50
d = m/V
1-51