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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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)
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