Presentazione di PowerPoint

pH di SOLUZIONI TAMPONE
Per capire meglio il potere tamponante e calcolare il pH va considerato il principio di
Le Chatelier:
Consideriamo ad esempio l’acido acetico (HAc):
Ac- + H3O+
HAc + H2O
Se la soluzione si prepara con solo HAc si ha che è praticamente
“spostata a sinistra” (solo l’ 1.3% di acido è dissociato).
Ma se si aggiunge una quantità di Na+Ac- (acetato di sodio) si dovrebbe prevedere un
ulteriore spostamento verso sinistra della reazione, per il principio di Le Chatelier:
cioè anche quel poco acido dissociato (1.3%) torna nella sua forma indissociata
HAc ! Per cui all’equilibrio si avrà:
[HAc]  Co
[Ac-]  Co’ (NaAc)
[H3O+] [Ac-]
Keq = Ka =
[HAc]
[H3O+] = Ka [HAc]
[Ac-]
e la Keq sarà:
= 1.85 x 10-5 M
[Acido]
pH= pKa - log
[Base]
Equaz. di Henderson-Hasselbach
Si definiscono acidi poliprotici quegli acidi capaci di dissociare in acqua due, tre o più
moli di protoni per mole di composto. Es. H2SO4, H3PO4, etc.
Normalmente i valori di Ka diminuiscono andando dalla prima,
alla seconda, alla terza dissociazione.
ACIDI e BASI nell’ ORGANISMO
- pH SANGUE 7.4, tamponato da H2PO4- / HPO4 2e da altri sistemi, quali HCO3- / CO3 2- , o anche sistema emoglobina acida /
emoglobina anione.
- pH STOMACO 1 – 1.5 !! Basso perché gli enzimi digestivi lavorano a pH acido
 HCl. Se l’acidità è eccessiva si usa Mg(OH)2 , o NaHCO3 (bicarbonato di sodio).
Il sistema CO2 -- H2CO3 -- HCO3La CO2 migra nell’organismo in gran parte sotto forma di bicarbonato,
CO2 + H2O
H2CO3 + H2O
HCO3- + H3O+
K+ neutralizza la carica di HCO3- , H3O+ viene neutralizzato dai componenti anionici
delle proteine costituenti i globuli rossi.
Il sistema H2CO3 / HCO3- tampona a pH 6.5 e il tampone funziona nella
contrazione muscolare, in cui viene prodotto acido lattico: quest’ultimo è più forte di
H2CO3 per cui gli H+ prodotti vanno ad agire sull’ equilibrio H2CO3/ HCO3-
ACIDO  Accettore di un doppietto elettronico
BASE  Donatore di un doppietto elettronico
Nella neutralizzazione
di un acido con una
base si forma un
LEGAME COVALENTE,
nel quale il doppietto
elettronico proviene
da un donatore,
definito NUCLEOFILO,
che lo cede ad un
accettore, definito
ELETTROFILO.
Acidi e
basi di
Lewis
Acidi e basi
di BronstedLowry
Acidi e basi
di Arrhenius
Anche le proteine del sangue, in particolare l’emoglobina, possono agire da sistemi
tampone.
Gli aminoacidi di cui sono composte le proteine, sono sostanze di natura anfotera.
La chimica organica si occupa dello studio della struttura, delle
proprietà e delle reazioni dei composti del carbonio.
PERCHE’ STUDIARE LA CHIMICA ORGANICA?
La maggior parte delle sostanze contenute nel nostro
organismo, così come moltissimi farmaci, sono di derivazione
organica.
Molti oggetti che noi utilizziamo ogni giorno sono sostanze
organiche o loro derivati (carta, plastica, fibre naturali o
sintetiche…).
Lo studio della chimica organica è fondamentale per la
comprensione dei meccanismi biologici che regolano la vita.
IL CARBONIO E LA TAVOLA PERIODICA
sp3
Per creare questi nuovi orbitali ibridi si ha una sorta di ‘fusione’
tra gli orbitali s (1) e p (3) e la formazione di 4 orbitali degeneri
sp3, aventi ciascuno il 25% di carattere s e 75% di carattere p.
x
y
z
IBRIDAZIONE
p
s
sp3
In questo modo i 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del
Carbonio diventano perfettamente equivalenti, si dispongono
lungo un tetraedro, a 109°l’uno dall’altro (più distanti dei
90° del tipo p!) e possono far formare al Carbonio stesso 4
legami identici tra loro.
Carbonio
Tetraedrico (sp3)
(metano)
4 legami covalenti covalenti disposti a 109°28’,
per andare a occupare i vertici di un tetraedro
con i 4 sostituenti
σ
s-sp3
METANO
CnH2n+2
σ s-sp3
ETANO
σ s-sp3
σ s-sp3
σ sp3-sp3
sp2
L’ibridazione può essere anche incompleta e riguardare l’orbitale
s (1) e solo 2 orbitali p con la formazione di 3 orbitali degeneri
sp2, aventi ciascuno circa il 33% di carattere s e 66% di carattere
p. Il 4° orbitale rimarrà di tipo p e…
x
y
IBRIDAZIONE sp2
z
p
s
p
sp2
… solo 3 dei 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del Carbonio
diventano perfettamente equivalenti, disponendosi a triangolo a
120°, mentre uno (p) rimarrà ad una energia lievemente superiore.
Si dice quindi che il Carbonio rimane con un grado di insaturazione.
L’ibridazione sp2 spiega la struttura di composti come l’etilene…
C2H4
CnH2n
Etilene
2 Legami σ s-sp2, un legame σ sp2-sp2 e un legame π (p-p)
sp
L’ibridazione può essere ancor più incompleta e riguardare
l’orbitale s (1) e solo 1 orbitale p con la formazione di 2
orbitali degeneri sp, aventi ciascuno il 50% di carattere s e 50%
di carattere p. 2 orbitali rimarranno di tipo p e…
x
y
z
p
s
p
sp
… solo 2 dei 4 elettroni del guscio più esterno (n = 2) del
Carbonio diventano perfettamente equivalenti con geometria
lineare disposti a 180°, mentre gli altri 2 (p) rimarranno ad una
energia lievemente superiore.
Si dice quindi che il Carbonio ha due gradi di insaturazione.
Il triplo legame: IBRIDAZIONE sp
2 orbitali sp
ETINO
CnH2n-2
Etilene C2H4
Etino o acetilene, C2H2
Ricapitolando
1s + 3p
1s + 2p
1s + 1p
IBRIDAZIONE
IBRIDAZIONE
4 sp3
(tetraedro)
3 sp2
(triangolare
planare)
IBRIDAZIONE
2 sp
(lineare)
• Formati solamente da due tipi di atomi, C e H;
• Molecole apolari e insolubili in acqua
• Impiegati solitamente come combustibili
Idrocarburi
Alifatici
Alcheni
Alcani
H
H
H
C
C
H
H
Aromatici
Alchini
H
H
H
H
C
H
C
H
C
C
H
HC
HC
H
C
C
H
CH
CH
Alcani: idrocarburi saturi
H
H C
H H H
H H
H
H C
C
H
H C C C
H
H H
H H H
metano
etano
propano
CnHn+2
H
C4 Butano
C5 Pentano
C6 Esano…
Rappresentazione degli alcani (e derivati)
Pentano
Formula
“
“
“
bruta:
dice solo tipo e numero di atomi della molecola
compatta: esplicita solo i legami al carbonio
di struttura: evidenzia tutti i legami della molecola
spaziale:
evidenzia la struttura tetraedrica di ogni centro carbonioso
Isomeria strutturale
Può succedere che due o più composti strutturalmente diversi abbiano
le stessa formula molecolare, cioè siano ISOMERI.
PENTANO
CH CH CH CH CH
3
2
2
2
3
CH CHCH CH
3
2
3
CH
3
CH
3
CH CCH
3
3
CH
3
pentano
metilbutano
dimetilpropano
normal-pentano
ISOMERI: composti organici
che hanno la stessa formula
molecolare ma differiscono
per una determinata
caratteristica strutturale
iso-pentano
C5H12
neo-pentano
1. La catena carboniosa più lunga ha tre atomi di carbonio
2. A questa catena sono legati due metili
3. Non è necessario specificare che i due metili sono legati al
carbonio 2
CH3
C H 3C C H 3
CH3
dimetilpropano
(o neopentano)
ALCANI: Solo legami singoli (catene sature)
• Nomenclatura: radice che riflette il n° di atomi di carbonio + suffisso –ano
nome
n° atomi C
formula molecolare
formula struttura
metano
1
CH4
CH4
etano
2
C2H6
CH3CH3
propano
3
C3H8
CH3CH2CH3
butano
4
C4H10
CH3CH2CH2CH3
pentano
5
C5H12
CH3(CH2)3CH3
esano
6
C6H14
CH3(CH2)4CH3
eptano
7
C7H16
CH3(CH2)5CH3
ottano
8
C8H18
CH3(CH2)6CH3
nonano
9
C9H20
CH3(CH2)7CH3
decano
10
C10H22
CH3(CH2)8CH3
Alcani ramificati: determinare la catena più lunga
(fondamentale), numerare gli atomi a partire dall’estremità più
vicina alla ramificazione, assegnare il nome ad ogni sostituente.
Es. 2-metilesano
Cicloalcani
CH2
H2C
CH2
CH2
CH2
CH2
H2C
ciclopropano
CH2
H2C
CH2
cicloesano
H2C
CH2
H2C
H2C
CH2
CH2
ciclopentano
H2C
CH2
ciclobutano
Cicloalcani
Formula generale
CnH2n
NOMENCLATURA
Il sistema internazionale IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry) ha introdotto alcune regole generali per consentire una
nomenclatura NON equivoca dei vari composti organici, che spesso
risultano complicati per la presenza di vari gruppi sostituenti. Le regole
basilari sono le seguenti:
OH
CH 3CH 2CH 2CH 2CH 2CH CH 3
C (CH 3 )2
Se inseriamo un OH in questa
posizione la numerazione e la
nomenclatura CAMBIANO
CH 2
CH 3
3,3,4-trimetilnonano
2-idrossi-6,7,7-trimetilnonano
Alcheni e alchini: idrocarburi insaturi
H
H
C
(oltre al capostipite
ETILENE, C2H4)
C
H
PROPENE
CH3
Nel ciclo di Krebs,
fondamentale ciclo metabolico
Saturo, sp3
Insaturo, sp2
Gli alcheni sono denominati aggiungendo alla radice, che
esprime il n. di atomi di carbonio, la desinenza -ENE.
È necessario specificare la posizione del doppio legame
nella catena, se ambiguo.
CH2
CH3
CH
CH
CH2
CH
CH3
CH3
1-butene
2-butene
CH2
C
CH3
CH3
metilpropene
…ancora:
CH2
CH
CH3
CH2
CH
CH2
CH
CH3
1-pentene
1-pentene
CH2
CH3
2-pentene
2-pentene
CH2
CH3
C CH3
CH
CH2
CH2
CH3
2-metil-1-butene
2-metil-1-butene
C CH3
CH
H3C
CH
CH3
CH3
2-metil-2-butene
2-metil-2-butene
3-metil-1-butene
3-metil-1-butene
ALCHENI
Gli alcheni sono idrocarburi insaturi caratterizzati dalla presenza di un doppio legame
Nomenclatura: radice + suffisso –ene
L’alchene più semplice e comune è l’etene, detto anche etilene
H
H
C
H
C
H
ISOMERIA CIS-TRANS
Non è possibile la rotazione attorno al doppio legame…
Isomeria geometrica o cis-trans
H
H
C
C
H3C
C
CH3
cis-2-butene
CH3
H
C
H
H3C
trans-2-butene
NON C’E’ ROTAZIONE ATTORNO AL DOPPIO LEGAME!!!
Isomeria geometrica cis-trans
Questi due composti hanno la
stessa formula molecolare e gli
atomi sono legati nello stesso
ordine…ma la disposizione nello
spazio è diversa: sono
stereoisomeri
Reazioni degli alcheni: addizione al doppio legame
CH2 CH2 + H2  CH3 CH3
Isomeria ottica
Un atomo di carbonio presente in un composto organico
viene definito asimmetrico quando lega quattro
sostituenti diversi.
Un atomo di carbonio asimmetrico è un centro chirale.
+ a destrogiro
- a levogiro
luce polarizzata
luce ordinaria
+ a°
d
Isomeria ottica
c
a
b
è chirale
a
1
4
2
1
3
4
3
2
b
La molecola
è sovrapponibile
alla immagine speculare della
a.
molecola
O anche: la molecola a NON è
sovrapponibile alla sua immagine speculare (molecola
b
1
b).
3
Quando si verifica questa
condizione le molecole a e b
sono definite
enantiomere.
4
2
c
a
b
c
non è chirale
Un esempio di molecole
chirali:
gli aminoacidi
Un altro esempio di molecole chirali: gli zuccheri
Idrocarburi aromatici: il benzene
Sono detti aromatici gli idrocarburi con struttura ciclica che
presentano legami doppi con delocalizzazione elettronica.
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Il benzene (C6H6) ‘risuona’ fra le due forme limite.
Il passaggio dall’una forma all’altra si verifica
per semplice spostamento di cariche elettriche.
struttura 
C6H6
(1)
legami 
formule equivalenti
per
RISONANZA
(2)
legami 
media nel tempo
50% (1)
50% (2)
Nel benzene i doppi legami sono CONIUGATI e DELOCALIZZATI lungo tutta la struttura
• Grande stabilità
Rappresentazione
del benzene:
l’anello interno
mostra la
delocalizzazione
dei legami π
• L’anello aromatico ha carattere idrofobico
• Cancerogeno perché si ‘infila’, si ‘impila’ (stacking) tra le basi azotate del DNA
Due o più anelli benzenici possono essere fusi a formare le
molecole di altri idrocarburi aromatici, tra cui il naftalene,
l’antracene, il fenantrene, che si trovano in abbondanza nel
catrame.
La delocalizzazione elettronica caratteristica di tutti i composti aromatici
conferisce una particolare stabilità a queste molecole.
naftalene
pirene
antracene
fenantrene
benzopirene
Composti eterociclici
I composti eterociclici aromatici o alifatici, mostrano una
struttura ciclica in cui sono presenti uno o più atomi diversi
dal carbonio.
Sono presenti all’interno di alcune molecole naturali (basi
azotate, certi aminoacidi, vitamine).
Idrocarburi: sono i più
semplici, contengono
solamente atomi di C e H
legati tra loro con legami
covalenti
Composti caratterizzati da altri legami covalenti del
C con O, N, S, alogeni, etc
GRUPPI FUNZIONALI: ATOMI SINGOLI O RAGGRUPPAMENTI DI ATOMI CHE CARATTERIZZANO
UNA CLASSE DI COMPOSTI E NE DETERMINANO LE PROPRIETA’.
• Presenza di un gruppo ossidrile –OH
• Formula generale R-OH
• Nomenclatura: a partire da quella dell’alcano corrispondente + suffisso –olo
• Quelli + semplici sono idrosolubili, ma l’idrofobicità aumenta all’aumentare della lunghezza
della catena
Classificazione degli alcoli:
Alcoli con più di un ossidrile (polialcoli, o polioli)
Reazioni degli alcoli:
Disidratazione
Ossidazione
Aldeidi e chetoni
O
R C
O
gruppo carbonile
R C
H
aldeide
R
chetone
Aldeidi
Il loro nome si costruisce facendo seguire la desinenza
-ALE al nome dell’idrocarburo.
O
H
C
H C
3
C
H
metanale
aldeide formica
H
O
H
H C
3
C
H
etanale
aldeide acetica
C
O
H
propanale
aldeide propionica
La vecchia nomenclatura (ancora in uso) è riportata in corsivo
sotto la nomenclatura IUPAC.
Chetoni
Il nome si costruisce facendo seguire la desinenza -ONE
al nome dell’idrocarburo.
O
H3C C
O
H3C C
CH3
propanone
O
H3C C
CH2CH3
butanone
CH2CH2CH3
2-pentanone
ACIDI CARBOSSILICI
L’acidità è legata alla particolare stabilità della base coniugata:
50%
La delocalizzazione della
carica negativa
stabilizza fortemente
50%
l’anione e quindi
favorisce la
dissociazione di H+
Esempi di acidi carbossilici: H-COOH Acido formico, tossico
CH3 – COOH Acido acetico
Acidi carbossilici
Sono composti in cui è presente il gruppo carbossile -COOH.
Sono denominati utilizzando il prefisso acido prima della radice
che è seguita dal suffisso -OICO.
COOH
COOH
CH2
COOH
COOH
acido propandioico
(acido malonico)
acido etandioico
(acido ossalico)
HOOC
COOH
C
H
COOH
(CH2)2
(CH2)4
COOH
acido butandioico
(acido succinico)
HOOC
C
acido cis-butendioico
(acido maleico)
H
COOH
acido esandioico
(acido adipico)
H
C
H
COOH
C
COOH
acido trans-butendioico
(acido fumarico)
ACIDI GRASSI
Sono acidi carbossilici a catena –R più
o meno lunga, saturi o insaturi
ACIDI BICARBOSSILICI
Esempi di esercizi
Una mole di acqua e una mole di ammoniaca hanno:
a) Lo stesso numero di atomi
b) Lo stesso numero di molecole
c) La stessa massa
d) La stessa densità
In una reazione chimica:
a) Per ogni elemento il numero di atomi a sinistra della freccia deve essere uguale al
numero di atomi a destra della freccia
b) La densità deve rimanere costante
c) Il volume totale deve rimanere costante
d) Il numero di molecole deve rimanere costante
Una mole di acqua:
a) È formata da un numero di Avogadro di molecole
b) Ha una massa di 18 grammi
c) Contiene una mole di atomi di ossigeno
d) Tutte e tre le precedenti risposte sono corrette
Se il ΔG di una reazione è minore di 0:
(A) la reazione non avviene spontaneamente
(B) la reazione è all'equilibrio
(C) la reazione procede spontaneamente
(D) la variazione di energia libera è maggiore di 0
In una equazione chimica cosa indicano i coefficienti stechiometrici?
(A) Il numero di grammi dei reagenti e prodotti
(B) Il numero di atomi dei reagenti e prodotti
(C) Il numero di moli di reagenti e prodotti
(D) Il numero di elettroni di valenza di reagenti e prodotti
Il numero di ossidazione del Fluoro in HF è:
(A) -7
(B) -1
(C) +1
(D) 0
Quando in una reazione di ossido-riduzione, una specie perde elettroni:
(A) si ossida
(B) si riduce
(C) si ossida e si riduce contemporaneamente
(D) Tutte le risposte precedenti
Una reazione si dice all’equilibrio quando:
(A)La velocità della reazione diretta è uguale a quella della reazione inversa
(B)La velocità della reazione diretta è minore di quella della reazione inversa
(C)La velocità della reazione diretta è maggiore di quella della reazione inversa
(D)La velocità della reazione diretta è il doppio di quella della reazione inversa
FINE