File - Massimo Catella
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Le trasformazioni fisiche e le trasformazioni chimiche Le trasformazioni fisiche sono quelle trasformazioni in cui avviene un cambiamento di stato ma la sostanza non cambia. Un esempio ò l’acqua che passa dallo stato solido a quello liquido. Le trasformazioni fisiche sono dette reversibili in quanto si possono invertire, infatti l’acqua allo stato solido può essere riportata allo stato liquido. Le trasformazioni chimiche (chiamate anche reazioni chimiche) sono quelle trasformazioni in cui le sostanze cambiano. Ad esempio il ferro a contatto con l’ossigeno dell’aria diventa ruggine. Le trasformazioni chimiche sono chiamate irreversibili perché non possono essere invertire La chimica è quella materia che studia le trasformazioni chimiche e i costituenti della materia: atomi e molecole. Struttura dell’atomo Un atomo è costituito da un nucleo formato da protoni e neutroni e da elettroni che ruotano intorno al nucleo atomico. fig.1 Cos’è la carica elettrica? La materia ha molte proprietà: la densità, la massa, la viscosità, ecc. la carica elettrica è anch’essa una proprietà della materia. La carica elettrica ha sede negli atomi. Esistono due tipi di carica elettrica, quella positiva che si trova nei protoni e quella negativa che si trova sugli elettroni La carica positiva di un protone è indicata come +1 La carica negativa dell’elettrone è indicata come -1 Tra due cariche elettriche possono manifestarsi delle forze attrattive oppure repulsive. Se le cariche hanno lo stesso segno la forza è repulsiva, mentre se le cariche sono di segno opposto la forza è attrattiva. Forza repulsiva tra protoni Segno della prima carica + + - Forza repulsiva tra elettroni Segno della seconda carica + + Forza attrattiva tra un protone ed un elettrone forza repulsiva repulsiva attrattiva attrattiva La forza tra cariche elettriche ricorda la regola dei segni nella moltiplicazione tra numeri relativi. L’atomo è un sistema elettricamente neutro e cioè il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni. Ad esempio un atomo con 6 protoni avrà 6 elettroni. I 6 elettroni hanno carica -6 I 6 protoni hanno carica +6 Se si esegue la somma delle cariche, si ottiene: 66 0 Il numero dei protoni è chiamato numero atomico e si indica con la lettera Z . Il numero degli elettroni è uguale a quello dei protoni Il numero dei neutroni è normalmente (si legge maggiore oppure uguale) del numero dei protoni Il numero di massa è la somma dei protoni e dei neutroni e si indica con la lettera A . Il numero dei neutroni si ottiene calcolando A Z Esistono in natura 92 tipi di atono diversi (poi vi sono gli atomi prodotti artificialmente) 1 Qual é la differenza tra un atomo ed un altro? La differenza tra gli atomi consiste nel numero dei protoni. tutti gli atomi che hanno lo stesso numero di protoni sono dello stesso tipo e hanno lo stesso nome. Gli atomi con un protone sono tutti uguali tra loro e si chiamano idrogeno (simbolo: H ) Gli atomi con due protoni sono tutti uguali tra loro e si chiamano elio (simbolo: He ) Gli atomi con 6 protoni sono tutti uguali tra loro e si chiamano carbonio (simbolo: C ) Come si indicano gli atomi Ogni atomo è indicato con una o due lettere, la prima in stampatello maiuscolo, la seconda in corsivo minuscolo. Le due lettere rappresentano le iniziali del nome dell’atomo. Alla sinistra delle lettere si aggiungono due numeri. in alto il numero di massa ed in basso il numero atomico A Z E Isotopi Si chiamo isotopi quegli atomi che pur avendo lo stesso numero di protoni hanno diverso numero di neutroni. Ad esempio il carbonio ha 15 isotopi. Tutti gli isotopi del carbonio hanno 6 protoni (se così non fosse no sarebbero atomi del carbonio), il numero dei neutroni invece varia da un minimo di due (carbonio 8: 68 C ) ad un massimo di 16 (carbonio 22: 22 6 C ). Alcune volte agli isotopi viene dato un nome specifico. Ad esempio gli isotopi dell’idrogeno si chiamano deuterio (simbolo: Prozio: 1 protone, 0 neutroni 2 1 D ) e trizio (simbolo: 31T ). Deuterio: 1 protone, 1 neutrone Di cosa sono fatti i protoni ed i neutroni? I protoni ed i neutroni sono formati da tre quark. Esistono sei tipi di quark ognuno dotato di carica elettrica frazionaria che può essere positiva oppure negativa. I quark up e down si combinano tra loro in gruppi di tre quark per formare i protoni e neutroni Il protone è formato da due quark UP e un quark DOWN con carica totale di +1. Un neutrone, invece, è formato da due quark DOWN e un quark UP, che danno carica totale pari a zero. 2 2 1 1 3 3 3 1 1 2 NEUTRONE 0 3 3 3 PROTONE Trizio; 1 protone, 2 neutroni Nome del quark Down Up Strange Charm Bottom Top protone Carica elettrica 1 3 2 3 1 3 2 3 1 3 2 3 neutrone 2 Livelli elettronici e la tavola periodica Gli elettroni ruotano intorno al nucleo dell’atomo, ma durante la rotazione non possono occupare una posizione qualunque. Essi sono obbligati a muoversi lungo delle traiettorie ben definite chiamate livelli elettronici. Per capire quello che succede si può pensare al sistema solare in cui i pianeti ruotando intorno al Sole possono muoversi solo lungo la propria orbita. C’è un’altra regola a cui devono obbedire gli elettroni durante la loro rotazione intorno al nucleo: ogni orbita non è occupata da un solo elettrone ma ce ne possono essere altri. Sul primo livello ci possono essere al massimo due elettroni Sul secondo livello al massimo otto elettroni Sul terzo livello al massimo otto elettroni ….. Quando si sistemano gli elettroni sui diversi livelli bisogna tener conto di queste regole. Atomo di idrogeno (numero atomico uno). Un solo elettrone sul primo livello. Atomo di Litio (numero atomico 3). Due elettroni sul primo livello, il terzo elettrone si trova sul secondo livello. Atomo di Sodio (numero atomico 11). Il primo ed il secondo livello sono completi, Sul terzo livello c’è un solo elettrone Atomo di Cloro (numero atomico 17). Il primo ed il secondo livello sono completi, Sul terzo livello ci sono sette elettroni. Gli atomi hanno una necessità: essi hanno bisogno di completare il livello energetico più esterno (più lontano dal nucleo). Il livello energetico può essere completato in vari modi ma quando non è possibile farlo l’atomo è disposto anche a perdere definitivamente uno dei suoi elettroni. Ad esempio il sodio ha 11 elettroni ma solo uno sul terzo livello, il suo obiettivo sarebbe quello di completare il terzo livello ma per farlo dovrebbe trovare altri sette elettroni. Questa è una impresa molto difficile da realizzare allora il sodio preferisce rinunciare a quel suo elettrone solitario e si accontenta dei suoi due livelli completi. Il cloro invece avendo sette elettroni sul livello più esterno farà di tutto per trovare l’ottavo elettrone e quindi completare il livello. Quando un atomo perde oppure prende elettroni diventa uno ione. Ioni Gli ioni sono degli atomi ai quali sono stati tolti oppure aggiunti uno o più elettroni. Se vengono aggiunti elettroni si parla di ione negativo, se invece vengono sottratti si ha uno ione positivo. E’ stato tolto un elettrone: ione positivo 6 protoni e 5 elettroni Carica positiva: +6 Carica negativa: -5 Carica complessiva: 6 5 1 Poiché prevale la carica positiva, si ha uno ione positivo E’ stato aggiunto un elettrone: ione negativo 6 protoni e 7 elettroni Carica positiva: +6 Carica negativa: -7 Carica complessiva: 6 7 1 Poiché prevale la carica negativa, si ha uno ione negativo Lo ione positivo è indicato aggiungendo un segno”+” Lo ione negativo è indicato aggiungendo un segno”-” alla alla sinistra del simbolo chimico. nel caso del sodio sinistra del simbolo chimico. nel caso del sodio scriveremo Cl scriveremo Na 3 La tavola periodica degli elementi organizza i vari tipi di atomi in modo che tutti gli atomi che si trovano sulla stessa colonna hanno lo stesso numero di elettroni sul livello energetico più esterno. Le colonne vengono chiamate gruppi. I gruppi principali sono otto. Glia tomi che appartengono al primo gruppo hanno un solo elettrone sull’ultimo livello energetico, gli atomi del secondo gruppo ne hanno due, quelli del terzo gruppo ne hanno tre e così via fino ad arrivare all’ottavo gruppo dove gli atomi hanno l’ultimo livello elettronico completo in quanto hanno su questo livello otto elettroni. Ad esempio gli atomi del secondo gruppo hanno due elettroni sul livello energetico più esterno, quelli del terzo gruppo ne hanno tre e così via. Nella tavola periodica, per ogni atomo è indicato il simbolo chimico formato da una o due lettere, il numero atomico e il numero di elettroni su ogni livello. 4 Il legame chimico (legame ionico e covalente) Legame ionico Come già detto l’obiettivo degli atomi è quello di completare il livello elettronico più esterno. Questo risultato si può ottenere in diversi modi. Abbiamo già visto cosa succede per il sodio e per il cloro: Il sodio perde l’unico elettrone presente sul terzo livello e il cloro se lo prende completando così il suo terzo livello. Il sodio avendo perso un elettrone è diventato uno ione positivo Na mentre il cloro che lo ha acquisito diventa uno ione negativo Cl . I due ioni avendo cariche elettriche di segno opposto si attraggono reciprocamente, in questo modo si forma una sostanza chiamata cloruro di sodio (è il comune sale da cucina). In realtà ogni ione Na attrae intorno a se tanti ioni Cl e viceversa, in questo modo si formano grossi cristalli di sale. Metalli e non metalli Gli atomi che hanno la tendenza a cedere gli elettroni (come il sodio) sono chiamati metalli, mentre quelli che hanno la tendenza a prendere elettroni (come il cloro) sono chiamati non metalli. Nel legame ionico accade che un elettrone si sposta completamente da un atomo all’altro e si creano due ioni: uno positivo (atomo metallico che perde l’elettrone), l’altro negativo (atomo non metallico che riceve l’elettrone) Legame covalente Un secondo metodo utilizzato dagli atomi per completare i livelli elettronici è quello di mettere gli elettroni in comune invece di perderli oppure acquisirli. Consideriamo ad esempio la molecola dell’acqua formata da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno (simbolo chimico H 2 O ) L’idrogeno ha Z 1 e per completare il livello elettronico ha bisogno di un solo elettrone. L’ossigeno ha Z 8 , ha perciò due elettroni sul primo livello (che è completo) e sei elettroni sul secondo livello. Per idrogeno completare il secondo livello ha bisogno di due elettroni. ossigeno 5 Ogni atomo di idrogeno mette in comune il suo unico elettrone con un elettrone dell’atomo di ossigeno. In questo modo gli atomi di idrogeno avranno il primo livello completo (2 elettroni) e anche l’atomo di ossigeno completerà il suo secondo livello (4 elettroni di proprietà esclusiva dell’ossigeno più altri quattro in comune con gli atomi di idrogeno) Nella figura si vedono i quattro elettroni messi in comune tra gli atomi di idrogeno e di ossigeno Le molecole (insieme di più atomi) si formano proprio per la necessità di completare il livello elettronico più esterno. Elettronegatività e l’acqua come solvente Un solvente è una sostanza in grado di scioglierne un’altra. L’acqua è un ottimo solvente per molte sostanze a causa della presenza nella sua molecola dell’atomo di ossigeno. Vediamo perché Nelle molecole che si sono formate grazie al legame covalente, gli elettroni messi in comune si trovano nello spazio tra i due nuclei degli atomo che formano la molecola. Nella figura a fianco si vede quello che accade per l’acqua In realtà gli elettroni messi in comune non si trovano esattamente a metà strada tra i due nuclei ma sono spostati verso uno di essi. Nella molecola si forma una parte positiva chiamata polo positivo ed una parte negativa chiamata polo negativo. Se lo spostamento fosse completo si formerebbero ioni positivi (carica elettrica +1) e ioni negativi (carica elettrica -1), in realtà si ha uno spostamento parziale, è come se si formassero degli ioni positivi e negativi con carica elettrica minore di +1 per gli ioni positivi e minore di -1 per gi ioni negativi. Queste cariche elettriche sono chiamate carica parziale positiva e carica parziale negativa (sono delle cariche decimali o frazionarie). La molecola viene chiamata dipolo elettrico e viene rappresentata nel seguente modo. Ad una estremità è indicata la carica parziale negativa (+0,4), all’altra la carica parziale positiva (-0,8). Gli elettroni in comune si spostano sempre verso i non metalli perché essi hanno bisogno di elettroni per completare l’ultimo livello energetico, il contrario avviene per i metalli che invece hanno la tendenza a perdere elettroni in quanto ne hanno troppo pochi per completare l’ultimo livello. L’ossigeno è un tra gli elementi chimici con la maggiore tendenza ad attrarre verso di se gli elettroni messi in comune . La capacità di una tomo a spostare verso di se gli elettroni messi in comune è chiamata elettronegatività. 6 Nella molecola dell’acqua è presente un atomo di ossigeno molto elettronegativa che rende la molecola un dipolo elettrico. Quando la molecola dell’acqua si avvicina ad una sostanza ionica come il cloruro di sodio che è formato da ioni positivi e negativi, li attrae verso di se. La parte positiva della molecola di acqua attrae gli ioni negativi (Cl ) , mentre la parte negativa attrae gli ioni positivi ( Na ) . In questo modo la molecola di Cloruro di sodio si scioglie. Reazioni di ossidazione In natura avvengono moltissime reazioni chimiche, quelle che coinvolgono l’ossigeno sono chiamate reazioni di ossidazione. Se l’ossigeno reagisce con un metallo, la sostanza che si forma è chiamata ossido basico metallo + ossigeno → ossido basico Se l’ossigeno reagisce con un non metallo, la sostanza che si forma è chiamata ossido acido oppure anidride non metallo + ossigeno → ossido acido 7 Acidi L’acido è prodotto ponendo in acqua un ossido acido (anidride): Anidride + acqua → Acido Esempio: SO2 H 2 O H 2 SO3 Anidride solforosa + acqua produce acido solforoso Dall’esempio si vede l’acido è formato da Idrogeno-Non metallo- ossigeno, questa disposizione la troviamo in tutti gli acidi. (esempi: H 2 CO3 , H 3 PO4 ) Anche la molecola dell’acido solforoso è un dipolo elettrico infatti l’elettrone dell’idrogeno è spostato verso gli altri atomi, quindi l’idrogeno ha una carica parziale positiva. L’acqua scioglie l’acido attirando verso di se l’idrogeno dell’acido staccandolo dalla molecola di acido. In acqua quindi rimane lo ione H . La parte negativa di H 2 O attrae la parte positiva di H 2 SO3 e stacca lo ione H Gli acidi sono allora caratterizzati dalla presenza in acqua di ioni H . Quando l’acido viene messo in acqua non si scioglie completamente, ma solo alcune molecole si sciolgono. Se le molecole che si sciolgono sono molte allora l’acido è detto forte e saranno prodotti molti ioni H , l’acido è detto debole se si sciolgono poche molecole di acido e quindi vengono prodotti pochi ioni H . Un acido molto forte è l’acido cloridrico chiamata anche acido muriatico HCl Basi (idrossido) Una base chiamata anche idrossido è prodotta ponendo in acqua una ossido basico: Ossido basico + acqua → Base o idrossido Esempio: Na2 O H 2 O 2NaOH Ossido di sodio + acqua produce idrossido di sodio. Dall’esempio si vede che la base è formata da : metallo- ossigeno- idrogeno. Questa disposizione la troviamo in tutte le basi. (Esempi: CaOH 2 , FeOH 2 ). 8 Anche le molecole delle basi sono dei dipoli elettrici in cui l’elettrone del metallo è spostato verso gli atomi di ossigeno di conseguenza il metallo ha una carica parziale positiva mentre la parte restante della molecola ha una carica parziale negativa . L’acqua scioglie la base attirando verso di se il metallo della base e staccandolo dalla molecola, in acqua quindi si formano gli ioni Na OH Le basi sono caratterizzati dalla presenza in acqua di ioni OH . Quando la base viene messo in acqua non si scioglie completamente, ma solo alcune molecole si sciolgono. Se le molecole che si sciolgono sono molte allora la base è detto forte e saranno prodotti molti ioni OH , la base è detta debole se si sciolgono poche molecole di base e quindi vengono prodotti pochi ioni OH . Una base molto forte è l’idrossido di sodio chiamata anche soda caustica NaOH Il pH Gli acidi in acqua producono ioni H . Il numero di ioni H che vengono prodotti è indicato da un numero chiamato pH che può variare tra 1 e 14. Ad esempio: pH 1 vengono prodotti moltissimi ioni H pH 4 vengono prodotti molti ioni H pH 6,9 vengono prodotti pochissimi ioni H Le basi in acqua produco nono ioni OH . Il numero di ioni OH che vengono prodotti è indicato da un numero chiamato pOH che può variare tra 1 e 14. Ad esempio: pOH 1 vengono prodotti moltissimi ioni OH pOH 4 vengono prodotti molti ioni OH pOH 6,9 vengono prodotti pochissimi ioni OH 9 L’acqua pura è in grado di sciogliere se stessa producendo in uguale numero sia ioni H che ioni OH Una molecola di acqua attrae verso di se un’altra molecola di acqua La molecola di acqua si rompe producendo ioni H e OH Dato che gli ioni H e OH che vengono prodotti sono molto pochi ed in uguale numero si può scrivere: pH 7 e pOH 7 L’acqua può essere: 1. pura (non contiene né acidi né basi) 2. contenere un acido (soluzione acida) 3. contenere una base (soluzione basica) In tutti e tre i casi vale la regola che la somma del pH e del pOH è costante ed è uguale a 14: pH pOH 14 Prendo del l’acqua pura avente pH 7 e pOH 7 e sciolgo al suo interno un acido. L’acido produce ioni H quindi il pH DIMINUISCE. Dato che pH pOH 14 deve accadere che il pOH aumenta Considero l’acqua pura che ha pOH 7 e pH 7 e sciolgo al suo interno una base. La base produce ioni OH quindi il pOH diminuisce. Dato che pH pOH 14 accade che il pH AUMENTA CONCLUSIONE Il pH basso indica la presenza di un acido. Il pH alto indica la presenza di una base. Misura del pH Il pH può essere misurato con strumenti elettroni ( pH - metro) oppure sostanze vegetali. Il tornasole è un colorante vegetale. Imbevendo un rotolo di carta con il tornasole si ottiene la carta al tornasole che viene utilizzata per misurare il pH . Per capire se una soluzione acquosa contiene un acido (soluzione acida) oppure una base (soluzione basica o alcalina) si può utilizzare una carta al Tornasole. La carta al Tornasole è di colore verde, se viene posta in una soluzione acida diventa rossa pH 4,4 , mentre si viene posta in una soluzione basica pH 8,0 diventa viola). Se viene posta nell’acqua distillata resta di colore verde. 10 Cartina al tornasole Utilizzo della cartina al tornasole in una soluzione acida (la cartina diventa rossa) e in una soluzione basica (la cartina diventa viola) Phmetro. L’elettrodo viene inserito all’interno della soluzione di cui si vuole misurare il ph. La lettura del ph appare sul display. Scala del pH I Sali I Sali si formano dalla reazione chimica tra un acido e una base (insieme al sale si forma acqua) acido + base → sale + acqua Esempio: HCl NaOH NaCl H 2O acido cloridrico + idrossido di sodio producono cloruro di sodio (sale da cucina) e acqua 11 Sostanze organiche e sostanze inorganiche Le sostanze organiche sono quelle contenute o provenienti da esseri viventi (animali o vegetali). Le sostanze inorganiche sono quelle che non provengono dagli esseri viventi. Nel 1828 il chimico tedesco Friedrich Wohler riuscì a produrre in laboratorio una sostanza organica l’urea. Da allora molte sostanze organiche sono state prodotte in laboratorio. La chimica del carbonio Le sostanze organiche contengono carbonio legato ad altri atomi come azoto, ossigeno e idrogeno. La chimica che studia le sostanze organiche è chiamata chimica del carbonio o chimica organica, mentre quella che studia le sostanze inorganiche è chiamata chimica inorganica. L’anidride carbonica contiene carbonio ma essa non è considerata una sostanza organica di conseguenza non viene studiata nell’ambito della chimica organica. Il carbonio come elemento puro e cioè non legato ad altri tipi di atomi, si presenta in natura sotto due forme: la grafite ed il diamante. La grafite è una sostanza morbida, di grafite sono fatte le mine delle matite. Il diamante è la sostanza più dire esistente in natura. grafite Esistono varie categorie di composti organici: 1. Idrocarburi 3. Carboidrati o zuccheri 5. Grassi o lipidi diamante 2. Alcool 4. Proteine 6. Acidi nucleici Idrocarburi Sono sostanze contenenti solo carbonio e idrogeno e sono in grado di produrre molta energia. L’idrocarburo più semplice è il metano composto da quattro atomi di idrogeno ed uno di carbonio. La sua formula chimica è CH 4 . Altri idrocarburi sono l’etano C 6 H 6 , il propano CH 3CH 2 CH 3 , il butano C 4 H 10 , il benzene C 6 H 6 , le paraffine… Alcuni idrocarburi sono allo stato gassoso (metano, propano, butano,..), altri sono allo stato liquido (sono quelli che provengono dal petrolio ) altri ancora sono allo stato solido (costituenti del’asfalto, del bitume , le paraffine). la paraffina è una miscela di idrocarburi solidi, è ricavata dal petrolio ed è utilizzata nei prodotti cosmetici o nei medicinali. Ha un aspetto ceroso e biancastro Paraffina grezza Granuli di paraffina pura 12 Gli idrocarburi sono utilizzati come combustibili e per la preparazione di materie plastiche. Anche il GPL è un idrocarburo o meglio una miscela di diversi idrocarburi. L’acronimo GPL significa gas di petrolio liquefatti, erroneamente è indicato come gas propano liquido (essendo il propano il suo principale, ma non unico, componente). Alcool Gli alcool sono molecole organiche contenenti carbonio, idrogeno e ossigeno, ne esistono diversi tipi, i più comuni sono l’alcool etilico chiamato anche etanolo e l’alcool metilico o metanolo. L’alcool etilico si trova nel vino, esso si forma grazie all’azione di alcuni microorganismi chiamati lieviti che trasformano il glucosio dell’uva in alcool. Questa trasformazione è chiamata fermentazione alcolica. Il metanolo è utilizzato come solvente (ad esempio per la diluizione di vernici) è anche utilizzato illegalmente, perché altamente tossico, per sofisticare il vino. Gli zuccheri Esistono vari tipi di zuccheri: 1. monosaccaridi (sono formati da una sola molecola di zucchero) 2. disaccaridi (sono formati da due molecole di zucchero) 3. polisaccaridi (sono formati da molte molecole di zucchero) Esempi di monosaccaridi sono il glucosio, il fruttosio ed il galattosio. Il glucosio lo troviamo nell’uva e nel sangue degli esseri umani, il fruttosio è lo zucchero della frutta mentre il galattosio è uno zucchero del latte. Glucosio C6 H 12O6 Fruttosio C6 H 12O6 Galattosio C6 H 12O6 Si vede che il glucosio, il fruttosio ed il galattosio hanno la stessa formula chimica, ma la disposizione degli atomi nella molecola cambia. Le molecole che hanno la stessa formula chimica ma diversa disposizione degli atomi sono chiamati isomeri. Esempi di disaccaridi sono: il saccarosio, il lattosio ed il maltosio. Il saccarosio è il comune zucchero da cucina ed è formato da una molecola di glucosio più una molecola di fruttosio. La formula chimica del saccarosio è C12 H 22O11 La reazione chimica che porta alla formazione del saccarosio è: C6 H12O6 C6 H 12O6 C12 H 22O11 H 2O Glucosio + fruttosio = saccarosio + acqua Una molecola di glucosio ed una fruttosio si uniscono tra loro formando una molecola di saccarosio e liberando una molecola di acqua. 13 Il lattosio è uno zucchero del latte formato da una molecola di galattosio ed una di glucosio. Il maltosio è formato da due molecole di glucosio. Lattosio C12 H 22O11 Maltosio C12 H 22O11 C6 H12O6 C6 H 12O6 C12 H 22O11 H 2O Galattosio + glucosio = lattosio + acqua C6 H12O6 C6 H 12O6 C12 H 22O11 H 2O Glucosio + glucosio = maltosio + acqua Una molecola di glucosio ed una galattosio si uniscono tra loro formando una molecola di lattosio e liberando una molecola di acqua. Due molecole di glucosio si uniscono tra loro formando una molecola di maltosio e liberando una molecola di acqua. Lattosio, maltosio e saccarosio nel momento in cui si formano producono una molecola d’acqua. Esempi di polisaccaridi sono l’amido e la cellulosa (entrambi prodotti dalle piante) e il glicogeno uno zucchero che si accumula nel fegato. L'amido è un polisaccaride contenuto nei cereali. Dai cereali si ricava la farina e da questa si producono pane e pasta. Di conseguenza l’amido si trova all’interno del pane e della pasta. Una molecola di amido è formato da circa 3000 molecole di glucosio. La cellulosa è un carboidrato che si trova nel legno e nei suoi derivati come la carta. Una molecola di cellulosa è formata da circa 7000 molecole di glucosio Visione schematica bidimensionale di una sezione di glicogeno. Una proteina centrale è circondata da ramificazioni di molecole di glucosio Nel glicogeno sono presenti un numero di molecole di glucosio pari a circa 10.000.000. I disaccaridi ed i polisaccaridi sono formati da diverse molecole di zucchero unite tra di loro. Come sappiamo gli zuccheri servono per produrre energia, infatti quando abbiamo fame mangiamo pasta o pane (che contengono amido) oppure mangiamo la cioccolata (che contiene saccarosio). Tuttavia nel corpo umano l’energia è prodotto solo utilizzando i monosaccaridi. Infatti essi vengono bruciati e l’energia presente al loro interno viene liberata. Il pane, la pasta e la cioccolata non contengono dei monosaccaridi quindi per produrre energia è necessario innanzitutto rompere le molecole dei disaccaridi e dei polisaccaridi. La rottura di molecole complesse per 14 ricavarne altre più semplici è chiamata digestione. La rottura delle molecole complesse avviene grazie a delle proteine chiamate enzimi. Per ogni tipo di molecola complessa esiste un enzima specifico. Alcune persone sono intolleranti al lattosio, questo vuol dire che il loro organismo non possiede l’enzima in grado di rompere la molecola del lattosio che di conseguenza non può essere digerita e per questo motivo soffrono di mal de panza. In commercio si trova del latte privo di lattosio, in realtà si tratta di latte al quale è stato aggiunto l’enzima del lattosio e quindi questo ultimo viene venduto già scomposto in glucosio e galattosio ( è come se il latte venisse venduto già digerito). Il latte privo di lattosio ha un sapore dolce proprio a causa della presenza di glucosio. Gli zuccheri sono chiamati anche carboidrati o glucidi. Il termine carboidrati deriva dal fatto che zuccheri sono formati da carbonio (carbo) più acqua (idrati). Infatti se si esamina la molecola del glucosio C6 H 12O6 si vede che essa è formata da 6 atomi di carbonio C 6 e da sei molecole di acqua H 12O6 6 H 2 O Il glucosio è prodotto dalle piante attraverso la fotosintesi clorofilliana: Le piante assorbono dalle foglie l’energia solare e l’anidride carbonica CO2 , mentre dalle radici assimilano l’acqua H 2 O . Per produrre il glucosio, la molecola dell’anidride carbonica viene rotta producendo carbonio C e ossigeno O2 , il carbonio si unisce alle molecole di acqua formando il glucosio, mentre l’ossigeno che rimane viene emesso dalle foglie e liberato nell’atmosfera quasi come fosse uno scarto della produzione del glucosio. L’energia del sole rimane immagazzinata all’interno del legame chimico che si forma tra gli atomi di carbonio e le molecole di acqua. In questo modo la pianta produce ossigeno O2 e glucosio C6 H 12O6 . CO2 H 2 O h C6 H 12O6 O2 h è il simbolo utilizzato per indicare l’energia solare Gli esseri umani si cibano del glucosio contenuto all’interno delle piante, lo bruciano in modo da produrre energia utilizzando l’ossigeno inspirato dai polmoni e producono acqua e anidride carbonica che fuoriescono dai polmoni ma soprattutto energia. Questa energia è proprio quella che proviene dal sole e che durante la fotosintesi clorofilliana era stata intrappolata nella molecola del glucosio. La reazione di combustione del glucosio è: C6 H12O6 O2 CO2 H 2 O energia Questa reazione chimica chiamata respirazione cellulare è l’opposto della fotosintesi clorofilliana. Le proteine Le proteine sono dei composti organici formate da un numero elevato di molecole unite tra loro. Queste molecole sono chiamate amminoacidi e sono formate da carbonio, idrogeno, ossigeno ed azoto uniti tra loro. Esistono venti tipi diversi di amminoacidi. Il nome amminoacido deriva dal fatto che essi sono formati da tre parti: 1. una parte acida COOH 2. un gruppo di atomi chiamato gruppo amminico NH 2 3. una parte centrale collegata ad gruppo di atomi indicati con la lettera R (radicale) Le prime due parti sono uguali in tutti i venti tipi di amminoacidi, mentre la parte R cambia da un amminoacido all’altro. 15 Dalla combinazione dei venti tipi di amminoacidi si possono ottenere tante proteine differenti. E’ un po’ la stessa cosa che si fa con le lettere dell’alfabeto, combinandole in diversi modi si ottengono molte parole diverse. Le proteine sono le molecole che formano gli esseri viventi. Dopo l'acqua, le proteine costituiscono la maggior parte del peso del nostro corpo. Le troviamo nei muscoli, nei capelli, e nelle unghie. Anche il colore degli occhi è dovuto ad una particolare proteina colorata presente al suo interno. Sono proteine anche gli enzimi e gli anticorpi. Gli enzimi sono delle molecole che fanno avvenire delle trasformazioni chimiche nel nostro corpo. Gli anticorpi hanno un ruolo importante nella protezione dalle infezioni. Gli amminoacidi si dividono in due categorie: Si chiamano amminoacidi essenziali quelli che non possono essere prodotti nell'organismo e per ottenerli è necessario ingerire alimenti ricchi di proteine che li contengano. Il nostro corpo scompone le proteine per ottenere gli amminoacidi essenziali e formare quindi le proteine di cui il corpo è composto. Gli amminoacidi non essenziali sono quelli che possono essere prodotti nell'organismo partendo da altre sostanze. I grassi I grassi o lipidi sono delle molecole che hanno la caratteristica di non sciogliersi in acqua. Si trovano sia negli animali che nei vegetali Esistono vari tipi di grassi, ne esaminiamo tre categorie: 1. i trigliceridi: sono i grassi che si trovano negli alimenti. Si trovano sia nei grassi animali come carne e burro sia nei grassi di origine vegetale come l’olio di oliva. Le molecole dei trigliceridi sono formate da quattro parti: una molecola di glicerina (si ratta di un alcool) e tre molecole di acidi grassi. 16 Molecola di grasso glicerina acidi grassi Gli acidi grassi si dividono a loro volta in acidi grassi saturi e acidi grassi insaturi. Gli acidi grassi saturi si trovano prevalentemente nei grassi animali, mentre gli acidi grassi insaturi li troviamo ad esempio nell’olio di oliva. Gli acidi grassi saturi sono potenzialmente dannosi in quanto possono danneggiare il cuore e le arterie. BURRO 62% Acidi grassi saturi 48% Acidi grassi insaturi OLIO DI OLIVA 17% 83% Acidi grassi saturi Acidi grassi insaturi 2. I fosfolipidi che formano le membrane cellulari, il nome deriva dalla presenza del fosforo. 3. Gli steroli. Il più importante sterolo è il colesterolo. Il colesterolo si unisce a delle proteine che vengono indicate come HDL e LDL Mentre le proteine HDL viaggiano da tutte le parti del corpo verso il fegato, le proteine LDL viaggiano dal fegato verso il resto del corpo. Il colesterolo che si unisce alle molecole HDL è considerato “buono” perché viene trasportato verso il fegato che provvede a eliminarlo dall’organismo. Il colesterolo unito alle molecole LDL è invece considerato “cattivo” perché viene trasportato dal fegato verso i tessuti e, durante questo tragitto, si ossida e si deposita sulla parete delle arterie, rendendole più strette e aumentando, così, il rischio cardiovascolare. Il colesterolo in parte proviene dall'alimentazione in parte dal nostro stesso organismo che lo produce in grandi quantità. Gli alimenti ad alto contenuto di colesterolo sono quelli di origine animale, generalmente ricchi di grassi saturi come uova, burro, carni, salumi, formaggi ed alcuni crostacei Gli acidi nucleici Gli acidi nucleici sono il DNA e l’RNA. Si tratta di molecole molto lunghe aventi la forma di una scala che si attorciglia su se stessa. Si trovano all’interno del nucleo di ogni cellula. All’interno del DNA sono contenute le descrizione riguardanti le caratteristiche fisiche di un essere vivente. L’RNA è una molecola che provvede alla lettura del DNA e poi realizza le indicazioni contenute nel DNA. Ad esempio nel DNA è scritto che il colore degli occhi di una persona è marrone, l’RNA legge questa indicazione e provvede alla realizzazione di una proteina di colore marrone che sarà posizionata all’interno dell’occhio) 17
