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L'ACQUA E LE BASI DELLA VITA, LA CHIMICA È ALLA BASE DELLA VITA -…
L'ACQUA E LE BASI DELLA VITA
L'ATOMO: UNITÀ FONDAMENTALE DELLA MATERIA
Definizione e Struttura:
Secondo la moderna teoria atomica, l'atomo è la più piccola unità di materia che conserva le proprietà di un elemento.
È composto da tre particelle subatomiche:
Protoni (p+): dotati di carica positiva, situati nel nucleo.
Neutroni (n): privi di carica, situati nel nucleo.
Elettroni (e-): dotati di carica negativa, che si muovono ad alta velocità in una nuvola elettronica attorno al nucleo.
Numeri Caratteristici:
Numero atomico (in basso a sinistra): indica il numero di protoni nel nucleo; negli atomi neutri è uguale al numero di elettroni.
Numero di massa (in alto a sinistra): indica la somma di protoni e neutroni nel nucleo.
Isotopi:
Sono atomi dello stesso elemento (stesso numero atomico) che possiedono un diverso numero di neutroni e quindi un diverso numero di massa (es. i tre isotopi dell'idrogeno: prozio, deuterio e trizio).
Livelli Energetici e Regola dell'Ottetto:
Gli elettroni si dispongono attorno al nucleo su livelli energetici concentrici chiamati gusci elettronici (il 1° guscio ospita fino a 2 elettroni, il 2° e il 3° fino a 8).
Un atomo è stabile quando il suo livello elettronico più esterno (guscio di valenza) è completo con 8 elettroni (regola dell'ottetto).
I gas nobili hanno già l'ottetto completo e sono inerti; gli altri elementi reagiscono per raggiungere la stabilità tramite trasferimento o condivisione di elettroni.
. I LEGAMI CHIMICI
A) Legame Ionico:
Si forma tramite il trasferimento di un elettrone da un atomo donatore a uno accettore (es. tra Sodio Na e Cloro Cl per formare il cloruro di sodio NaCl).
Il trasferimento crea particelle cariche chiamate ioni:
Catione: atomo che perde elettroni, acquistando carica positiva (es. Na+).
Anione: atomo che acquista elettroni, acquistando carica negativa (es. Cl-).
L'attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta forma il legame ionico e dà origine a reticoli cristallini tridimensionali (es. cristalli di sale).
B) Legame Covalente:
Si forma quando due atomi mettono in comune una o più coppie di elettroni per completare l'ottetto, portando alla formazione di molecole.
Può essere:
Singolo: condivisione di una coppia di elettroni (es. H-H).
Doppio o Triplo: condivisione di due o tre coppie di elettroni (es. O=O).
Apolare: se la condivisione degli elettroni è equa (tra atomi con stessa o simile elettronegatività, es. O2, H2, CO2).
Polare: se c'è una forte differenza di elettronegatività tra gli atomi; gli elettroni sono attratti di più verso l'atomo più elettronegativo, creando poli con cariche parziali (es. molecola d'acqua H2O).
LE REAZIONI CHIMICHE
Definizione:
Processi in cui i legami chimici esistenti si rompono e se ne formano di nuovi, trasformando una o più sostanze di partenza (reagenti) in nuove sostanze (prodotti).
Legge di conservazione della massa:
Nel corso di una reazione chimica la materia non viene né creata né distrutta; il numero di atomi dei reagenti è esattamente uguale a quello dei prodotti (es. 2H2 + O2 à 2H2O).
L'ACQUA: STRUTTURA E POLARITÀ
Caratteristiche della Molecola (H2O):
Formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno uniti da legami covalenti polari.
Ha una forma a V: l'ossigeno (più elettronegativo) attrae maggiormente gli elettroni e acquisisce una carica parziale negativa (δ-), mentre i due idrogeni assumono una carica parziale positiva (δ+).
Il Legame Idrogeno (o Ponte Idrogeno):
È l'interazione elettrostatica che si instaura tra il polo positivo (idrogeno) di una molecola d'acqua e il polo negativo (ossigeno) di una molecola vicina.
Pur essendo molto più debole di un legame covalente, tiene unite le molecole in modo forte, influenzando tutte le proprietà chimico-fisiche dell'acqua.
LE PROPRIETÀ PECULIARI DELL'ACQUA
Le cellule sono composte per il 70-95% di acqua e le reazioni biologiche avvengono in ambienti acquosi. Il legame idrogeno conferisce all'acqua 5 proprietà fondamentali:
Coesione, Adesione e Tensione Superficiale:
Coesione: tendenza delle molecole d'acqua a rimanere unite tra loro grazie ai ponti idrogeno. Genera la tensione superficiale (una resistenza a rompere la superficie del liquido, formando una pellicola elastica).
Adesione: tendenza dell'acqua ad aderire a molecole di tipo differente.
Capillarità: combinazione di coesione e adesione che permette all'acqua di risalire lungo tubi sottili (vasi sanguigni o condotti linfatici/vascolari delle piante) contro la forza di gravità.
Elevato Calore Specifico:
L'acqua richiede una grande quantità di calore per variare la sua temperatura.
Funzione biologica: Mitiga il clima della Terra e stabilizza la temperatura corporea degli organismi viventi proteggendoli da sbalzi termici; inoltre, la sudorazione sfrutta l'evaporazione per disperdere il calore in eccesso.
Minore Densità del Solido rispetto al Liquido (Il ghiaccio galleggia):
Quando l'acqua solidifica (ghiaccio), i ponti idrogeno formano un reticolo cristallino esagonale rigido con spazi vuoti, rendendo il ghiaccio meno denso rispetto all'acqua liquida.
Funzione biologica: Il ghiaccio galleggia sui laghi e sui mari, isolando termicamente l'acqua sottostante e permettendo alla vita acquatica di sopravvivere anche durante gli inverni rigidi.
Potere Solvente:
Grazie alla sua polarità, l'acqua è il solvente universale: circonda e separa gli ioni dei composti ionici (come il sale NaCl) e le molecole polari (come lo zucchero), disgregandoli in soluzione.
Sostanze idrofile ("amiche dell'acqua") interagiscono con essa; sostanze idrofobe (apolari, come l'olio) la respingono.
IL pH E L'IMPORTANZA NELLA VITA
Dissociazione dell'Acqua:
Nell'acqua liquida una piccola percentuale di molecole si dissocia in ioni idrogeno (H+) e ioni idrossido (OH-).
Acidi e Basi:
Acido: sostanza che in soluzione acquosa aumenta la concentrazione di ioni H+ (es. acido cloridrico HCl nei succhi gastrici).
Base: sostanza che riduce la concentrazione di ioni H+ (donando ioni OH- o accettando H+, es. idrossido di sodio NaOH).
La Scala del pH (da 0 a 14):
pH Neutro (= $): concentrazione uguale di ioni H+ e OH- (es. acqua pura, sangue umano è circa 7,4).
Soluzione Acida (< 7): pH compreso tra 0 e 7 (acidità crescente).
Soluzione Basica o Alcalina (> 7): pH compreso tra 7 e 14 (basicità crescente).
Nota: Ogni variazione di 1 unità di pH corrisponde a un cambiamento di 10 volte nella concentrazione di ioni H+.
Sostanze Tampone (Buffer):
Sistemi chimici presenti nei fluidi corporei (es. nel sangue) in grado di mantenere il pH stabile e costante, accettando o rilasciando ioni H+ in caso di variazioni improvvise, impedendo danni letali alle cellule.
. LA CHIMICA È ALLA BASE DELLA VITA
Materia e Organismi:
Tutti gli organismi sono costituiti da materia (tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa), la quale è formata da elementi chimici e composti.
Elementi Chimici:
Un elemento è una sostanza che non può essere trasformata in sostanze più semplici. Ciascuno possiede un simbolo chimico (es. O per ossigeno, N per azoto).
In natura esistono 92 elementi, di cui 25 fondamentali per la vita.
Sei elementi principali – Ossigeno ($), Carbonio C), Idrogeno (H), Azoto (N), Fosforo (P) e Zolfo (S) – costituiscono circa il 96% della massa degli organismi viventi.
Composti:
Un composto è una sostanza formata da due o più elementi diversi combinati in proporzioni definite e costanti (es. l'acqua H2O, in rapporto H:O = 2:1).
Le molecole rappresentano la più piccola parte di materia che ne mantiene le proprietà chimico-fisiche.
LA CHIMICA È ALLA BASE DELLA VITA