1 LT l`atomo

Chimica Medica
a cosa serve?
Per poter seguire, comprendere, apprezzare ed utilizzare i contributi
delle discipline biomediche,come la patologia la farmacologia la
biologia molecolare e la biochimica occorre conoscerne le basi,
che sono basi molecolari, cioè
chimiche
• Ma quale chimica?
• Una Chimica Medica cioè la chimica che deve servire per lo
studio specifico, cioè alcuni argomenti di base che verranno
continuamente applicati nelle altre discipline biomediche e
mediche:
• le proprietà dei gas, dei liquidi, delle soluzioni, I principi su cui
si basa l’omeostasi biologica , le diluizioni dei farmaci, i fenomeni
di membrana, le proprietà fondamentali di alcuni tipi di composti.
•
Ma tutti questi argomenti non per sè stessi, ma in funzione
delle loro applicazioni mediche.
La chimica è la scienza che studia la materia:
• la sua struttura
• le sue proprietà
• le sue trasformazioni
• le sue interazioni con l’energia
Materia: tutto ciò che ci circonda, che è dotato di massa e che
occupa un volume
Energia: attitudine a compiere un lavoro
Struttura: organizzazione della costituzione intima della materia
Proprietà: grandezze fisiche rilevabili dai nostri sensi o misurabili
con opportune apparecchiature
Sistema materiale: porzione di materia, oggetto del nostro studio.
Può essere aperto, chiuso, isolato (lo vedremo in termodinamica)
atomo
Nucleo, formato da
protoni e neutroni
Guscio di elettroni in
movimento
nucleo
protoni
neutroni
elettroni
+
+-
-
La meccanica quantistica, a differenza di quella classica, è una teoria probabilistica,
quindi non dice che gli elettroni vivono su orbite fisse, ma fornisce la probabilità di
trovarli ad una certa distanza dal nucleo. Il valore più probabile, per ogni orbita,
coincide con quello trovato con il modello semiclassico
NON PIU’ ORBITE MA ORBITALI
LE DIMENSIONI, LA FORMA E L’ORIENTAMENTO DEGLI ORBITALI SONO
DESCRITTI DAI NUMERI QUANTICI
RIASSUMENDO le varie teorie atomiche
E
3d
3p
3s
2p
2s
1s
Gli elettroni occupano
sempre gli orbitali a
più bassa energia !
1s
Regola della diagonale
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
Gli elettroni si dispongono in ordine
di energia crescente
1s2
Ar Z= 18
Esempi di
strutture
elettroniche
2s2 2p6
3s2 3p6
1s2
2s2 2p6
3s2 3p4
S
Z= 16
Principio di esclusione di Pauli
gli elettroni di un certo atomo non possono avere gli stessi numeri quantici. Pertanto
ogni orbitale , essendo caratterizzato da tre numeri quantici, può accogliere non più di
due elettroni con spin opposto, cioè in disposizione antiparallela
Regola di Hund:
Due elettroni nello stesso orbitale con spin antiparallelo esercitano una repulsione
maggiore che due elettroni con lo stesso spin in orbitali distinti della stessa energia.
Distribuzione degli elettroni nei vari strati:
aufbau ( dal tedesco costruzione) consiste nel costruire la successione degli atomi, così come
prevista dalla tavola periodica degli elementi, partendo dall'atomo più semplice (idrogeno) e
aggiungendo progressivamente un protone al nucleo atomico e un elettrone al mantello
elettronico, trascurando i neutroni che si aggiungono via via al nucleo per assicurarne la
stabilità, ma che non hanno nessuna rilevanza nei confronti delle proprietà chimiche dei vari
elementi.
http://www.chim1.unifi.it/dida/mendel.htm
PER COSTRUIRE IL SISTEMA PERIODICO SI SEGUONO 3 REGOLE
II Sistema Periodico moderno è stato co struito sulla base della struttura degli
atomi, e gli elementi sono stati disposti secondo le seguenti tre regole:
•1.
n" atomico Z crescente
•2.
n° quantico principale crescente, ogni volta che il n° quantico aumenta
•
si va da capo.
•3.
energia crescente degli orbitali:
(per questa ragione gli orbitali 3d si riempiono dopo l'orbitale 4s).
Gli elementi sono costituiti da Atomi
e sono classificati nella
Tavola Periodica degli Elementi
H
Gas
Li Be
Liquidi
B
C
N
O
F
Ne
Na Mg
Solidi
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
He
Ca
Sc
Ti
V
Cr Mn Fe Co
Ni
Cu
Zn Ga Ge As Se Br
Kr
Rb Sr
Y
Zr
Nb Mo Tc Ru Rh
Pd
Ag
Cd In Sn Sb Te
Xe
Cs Ba
Lu
Hf
Ta W Re Os
Pt
Au
Hg Tl Pb Bi Po At
Fr Ra
Lr
Rf
Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu
Ir
I
Rn
118
La
Ce
Pr
Nd
Pm Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Ac
Th
Pa
U
Np
Am Cm
Bk
Cf
Es
Fm Md
No
Pu
IL VOLUME, E QUINDI IL RAGGIO DI UN ATOMO
SONO DETERMINATI DAL VOLUME DEGLI ORBITALI
PIÙ' ESTERNI
II volume atomico è il volume occupato dagli orbitali più esterni
di un atomo.
Il volume atomico aumenta nel gruppo (perché aumenta il n°
quantico principale) e diminuisce nel periodo (perché nel nucleo
vi sono più protoni che attirano gli elettroni estemi).
Quando 2 atomi sono legati con un legame covalente, per
raggio covalente (detto anche raggio atomico) di un atomo si
intende la metà della distanza tra il nucleo dell'atomo preso in
considerazione e il nucleo dell'altro atomo
Il numero atomico si indica con Z ed identifica tutti gli
elementi chimici:
Z= 1 (Idrogeno);
Z=2 (Elio);
I protoni si trovano nel nucleo, che costituisce il cuore
dell’atomo, il loro numero (numero atomico) è costante per
gli atomi che appartengono ad uno stesso elemento.
Gli elettroni ed i protoni hanno carica uguale ma di segno
contrario, quindi in un atomo neutro il numero dei protoni è
sempre uguale a quello degli elettroni.
Gli elettroni si trovano in zone dello spazio intorno al nucleo
chiamate orbitali.
Il numero di massa è uguale alla somma dei protoni e dei
neutroni (nucleoni) e si indica con A.
I neutroni, come i protoni, si trovano nel nucleo. Il numero
dei neutroni può variare anche per atomi che appartengono
ad uno stesso elemento, esso si indica con N. Gli atomi di
uno stesso elemento che differiscono per il numero dei
neutroni vengono chiamati isotopi. Ad esempio l’idrogeno
è formato da tre isotopi:
Il prozio che possiede un elettrone ed un protone.
Il deuterio che possiede un elettrone, un protone ed un
neutrone.
Il trizio che possiede un elettrone, un protone e due
neutroni.
Massa atomica
Numero atomico
8
Ossigeno
15,9994
Elettronegatività
13,61
Prima
ionizzazione
(eV)
O
0,66
[He] 2s2 2p4
Raggio atomico (Å)
3,5
-2
Numeri di
ossidazione
La Tavola Periodica
CONCETTI BASE
Massa (è la resistenza del corpo all’accelerazione caratteristica costante
del corpo e dipende dalla quantità di materia in esso contenuta)
Peso ( forza con cui un corpo è attratto sulla terra dalla gravità)
Peso = massa x accelerazione di gravità
( i valori numerici delle unità di misura Kg peso e Kg massa sono praticamente
identici per cui parleremo di peso e massa in ugual modo)
.PESO ATOMICO ( peso medio di un atomo di quel elemento dipende dal N° di
massa e dalle percentuali relative con cui i vari isotopi sono presenti in natura)
MOLE è quella quantità di sostanza che contiene 6,022x1023 unità chimiche
elementari (atomi, molecole, ioni, gruppi di ioni o di atomi, protoni, elettroni,
ecc.)
Il Numero di Avogadro è definito come il numero di atomi che sono contenuti
in 12 g (numero esatto) del nuclide 12C (si rammenti che 12C = 12 è la base di
riferimento dei pesi atomici). Siccome questo è il numero di unità chimiche
contenuto in ogni mole, NA ha unità di misura mol-1 ed è indicato più
propriamente come Costante di Avogadro: NA = 6,0221367x1023 mol-1
DENSITA’ è la concentrazione della materia = m/ V (g/ml)
Comunemente il termine peso specifico è usato
impropriamente come sinonimo di densità e per questo si trova
molto spesso indicato come g/cm3 o kg/litro o kg/dm3.
In questo caso i grammi sarebbero da intendersi secondo
un'obsoleta definizione di grammi peso, non grammi massa,
dove 1 grammo peso è il peso di 1 grammo massa in condizioni
di accelerazione di gravità standard.
La differenza è sottile e per la verità all'atto pratico la si può
spesso ignorare, ma è opportuno tener presente che mentre la
densità è un rapporto tra una massa e un volume, il peso
specifico è un rapporto tra un peso (quindi una forza) e un
volume
Es.. Esame Urine
Collegamenti con la clinica
Attraverso il peso specifico si misura la capacità dei reni di
concentrare e di diluire l'urina.
Esiste una relazione tra il Peso Specifico e la concentrazione
totale dei soluti all’interno dell’urina
• Densità o peso specifico
E’ influenzata dalla presenza di grosse molecole nelle
urine (glucosio, proteine, farmaci, elettroliti). Valuta il
potere di concentrazione del rene.
Densità o PESO SPECIFICO
•
Valori normali ( variano da 1003 a 1030 ) si misura in mg/ml
Il peso specifico delle urine dipende dalla quantità di sostanze in esse disciolte; tra queste, il
contributo principale è fornito da urea, azoto, cloruro di sodio e vari minerali, oltre a sostanze
"anomale" come glucosio e proteine.
Perciò, tanto più le urine sono concentrate e tanto maggiore risulta il loro peso specifico;
se beviamo molto, ad esempio, il volume urinario aumenta ed il peso specifico diminuisce;
viceversa, in condizioni di marcata disidratazione l'urina risulta più concentrata ed il peso specifico
è superiore.
Densità (Peso Specifico)
È l'esame che mostra la capacità renale a mantenere l'equilibrio fra elettroliti e liquido
nell'urina (Omeostasi).
I valori di PS. devono essere contenuti tra 1003-1007 e 1030.
In caso di aumento del PS. si può ipotizzare:
· Diabete mellito scompensato (a causa del glucosio nelle urine).
· Ostruzione delle vie urinarie. ipoperfusione urinaria, ipersecrezione di ADH,
· Glomerulonefrite.
In caso di diminuzione del PS. si può ipotizzare:
· Diabete insipido nefrogenico.
· Insufficienza renale cronica.
· Tubulopatia renale.
· Patologia ipofisaria (ridotta produzione dell'ormone antidiuretico).
Esercizi per la verifica di apprendimento IMP!!
Una ricetta prescrive di somministrare ad un bambino una
medicina nella quantità di 0.5 g per Kg di peso corporeo. Quanti
cc di questa medicina che è 6 g/ml bisogna somministare se il
paziente pesa 24 Kg? R 2cc
Qual è la densità di una soluzione di un farmaco che pesa
4g ed è contenuto in una siringa da 2cc? R 2
L’urina normale ha una densità di 1,03g/ml Qual è il peso di
100 cc di campione di questa urina?
Se ho tre campioni di urina di 10cc ciascuno che pesano
10.01g e 10,4g e 10.03g. Quale campione rappresenta
l’urina normale?