Capire ciò che si vede al microscopio è bello ma comprenderne i vari perchè è ancora più affascinante.
Il mio obiettivo è, tempo permettendo, quello di far si che coloro che sono interessati e non hanno alcune basi di biologia arrivino a capire seriamente cosa sono e come funzionano le cellule che osservano al microscopio. Ma per far questo è necessario comprendere un minimo di chimica. In questo post voglio solo dare delle semplicissime definizioni di concetti che è necessario conoscere, senza approfondimenti particolari ma con una semplicità da vocabolario, anche perchè lo spirito di questo forum non è quello di imparare la chimica, ciò richiederebbe anni di studio serio. Sempre in base allo spirito del forum, in questi riassunti non trovate il ferreo rigore scientifico che dovrei utilizzare per trattare seriamente gli argomenti, quindi se c'è qualche esperto di chimica spero non si aspetti che parli di concetti come orbitali atomici e molecolari, livelli energetici, l'elettrone come probabilità e quant'altro e non se la prenda se legge delle affermazioni assurde come "l'elettrone gira attorno al nucleo". Ciò è necessario affinchè tutti possano comprendere.
BREVI CONCETTI DA RICORDARE
- Le proprietà chimiche di un atomo dipendono dal numero di elettroni che oscillano nel guscio più esterno --> perché grazie a questi elettroni l’atomo può formare legami chimici con altri atomi dando origine a molecole. Tutti gli atomi tendono ad avere nel guscio più esterno otto elettroni, raggiungendo la stabilità. Gli atomi che hanno meno elettroni sonoinstabilie tendono a reagire con altri atomi formando legami.
LEGAME COVALENTE:
Gli elettroni, carichi negativamente, oscillano attorno al nucleo di un atomo perché risentono dell’attrazione protonica (protoni carichi positivamente). Ma quando due atomi A e Binstabilisi avvicinano, tendono a condividere gli elettroni più esterni che quindi non oscilleranno più attorno solo attorno al nucleo dell'atomo A o solo attorno al nucleo dell'atomo B ma oscilleranno attorno ad entrambi i nuclei --> si instaura così un legame detto covalente che terrà uniti i due atomi.
Esempio con due atomi di idrogeno (H)
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Un atomo di idrogeno altro non è che un protone (nucleo) e un elettrone che oscilla attorno ad esso --> in questa configurazione l'atomo di H è instabile e tende a reagire per poter diventare stabile. L'atomo di H è un'eccezione perchè per ottenere la stabilità chimica non deve acquistare 8 elettroni ma gliene bastano solo 2 (8 sarebbero troppi, il nucleo è troppo piccolo e l'attrazione è poca). Quindi se ogni atomo di H ha 1 elettrone più esterno, come fa ad ottenere un altro elettrone diventando in tal modo stabile? La reazione più comune è quella in cui un atomo di H reagisce con un altro atomo di H in modo che gli elettroni non oscillino più ognuno attorno al proprio nucleo ma vadano ad oscillare entrambi attorno ai due nuclei dei due atomi --> formando così un legame covalente.
Quanto detto si indica chimicamente in questo modo:
H + H ---> H2
RICAPITOLANDO:
2 atomi di idrogeno (H), aventi ognuno un elettrone (instabili), si uniscono tra di loro mettendo in condivisione i propri elettroni che di conseguenza oscilleranno attorno ad entrambi i nuclei instaurando un legame covalente e dando origine ad una molecola di idrogeno (H2).
Quanto detto si può generalizzare con l'importantissima notazione di Lewis in questo modo:
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Dove: H = simbolo idrogeno puntino = elettrone condiviso segmento = ogni segmento indica una coppia di elettroni condivisa, quindi un legame covalente. H - H = è la nostra molecola di idrogeno (stabile) formata dai due atomi di idrogeno legati da un legame covalente (-)
GENERALIZZANDO
Un legame covalente si instaura quando due atomi condividono ognuno un elettrone (totale 2 elettroni condivisi) che oscillerà attorno ad entrambi i nuclei.
Ogni atomo di idrogeno è in grado di formare un solo legame covalente perchè ha un solo elettrone da poter donare.
L'ATOMO DI CARBONIO (C)
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Come si vede in figura a destra l'atomo di carbonio (C) ha 4 elettroni nel suo strato più esterno. Ciò si può indicare con la nomenclatura di Lewis con il simbolo C e 4 puntini come mostrato nell'immagine a sinistra.
Ma se C ha 4 elettroni allora è instabile --> avevamo detto che un atomo raggiunge la stabilità quando nel suo strato più esterno ha 8 elettroni. Allora cosa fa C? Tende a reagire con altri atomi condividendo i suoi 4 elettroni formando in tal modo 4 legami covalenti massimo, così da avere 8 elettroni. Ne è un esempio la famosissima molecola di metano formata da un atomo di carbonio legato covalentemente a 4 atomi di idrogeno:
in questo modo ogni atomo di idrogeno condivide l'unico elettrone presente e l'atomo di carbonio condivide un elettrone per ogni atomo di idrogeno. Attorno ad ogni atomo di idrogeno gireranno quindi 2 elettroni (idrogeno stabilizzato) e attorno all'atomo di carbonio gireranno 8 elettroni (carbonio stabilizzato):
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In figura in alto a sinistra (1) vedete i 4 atomi di H instabili che si stanno avvicinando all'atomo di C, instabile pure lui perchè come detto ha 4 elettroni e deve arrivare ad averne 8. Quando gli atomi reagiscono (immagine 2 in mezzo) condividono i loro elettroni in modo che attorno all'atomo di carbonio girino 8 elettroni (se li contate sono 8) e attorno ad ogni atomo di idrogeno girino 2 elettroni. La molecola risulta essere legata da ben 4 legami covalenti (ogni legame covalente si forma per condivisione di 2 elettroni, nel nostro caso vengono condivisi in totale 8 elettroni e si formano quindi 4 legami covalenti) che possono essere indicati con 4 segmenti dove ogni segmento indica un legame covalente (immagine 3 a destra).
LEGAMI COVALENTI DOPPI E TRIPLI
Il concetto è molto semplice: se abbiamo 2 atomi A e B che condividono ognuno 1 elettroni (totale 2 elettroni condivisi) si forma un legame covalente semplice, quello che abbiamo visto fino ad ora. Se 2 atomi A e B condividono ognuno 2 elettroni (totale 4 elettroni condivisi) quello che si forma è un legame covalente doppio.
Ne è un esempio la formazione dell'anidride carbonica costituita da un atomo di carbonio (C) e 2 di ossigeno (O).
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Ogni atomo di C sappiamo che ha 4 elettroni nello strato più esterno e per essere stabile (quindi per averne 8)ne ha bisogno di altri 4. Ogni atomo di ossigeno se contate i puntini nell'immagine in alto a sinistra vedete che ha 6 elettroni nello strato più esterno e per essere stabile deve pure lui averne 8. Qual'è un semplice modo per stabilizzare questi atomi? Essi reagiscono in natura formano CO2 dove ogni atomo di O condivide 2 elettroni con C formando 2 legami covalenti e l'atomo di C condivide tutti e 4 gli elettroni (due per ogni atomo di O) formando 4 legami covalenti -> questi altro non sono che 2 legami covalenti doppi. La molecola così è stabile e felice, può esistere, ogni atomo ha i suoi 8 elettroni.
Un esempio in cui si formano legami covalenti tripli è il famosissimo monossido di carbonio CO:
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Anche in questo caso ogni atomo arriva ad avere 8 elettroni e si raggiunge la stabilità.
Per ragioni che non approfondisco --> molecole con doppi e tripli legami covalenti sono più instabili di molecole con legami covalenti semplici, quindi tendono a reagire più facilmente spezzando il doppio legame e formando molecole con legami semplici. Esempio:
Nel video vedete come il doppio legame viene attaccato perchè è instabile e tende a rimanere solo il legame covalente semplice.
ATOMO NEUTRO E IONI
Un atomo è neutro (non prevale alcuna carica) se il numero di protoni che compongono il nucleo è esattamente uguale al numero di elettroni che oscillano attorno al nucleo. Se ho un atomo con 3 protoni (+3) e 3 elettroni (-3), questo è neutro perchè ho 3 cariche positive (protoni) e 3 cariche negative (elettroni) e il risultato della carica complessiva dell'atomo sarà +3-3 = 0 Se ho un atomo con 3 protoni (+) e 2 elettroni (-) allora la carica complessiva sarà +1 perchè prevarrà un protone che è positivo. Se ho un atomo con 3 protoni e 4 elettroni prevale una carica negativa perchè ho un elettrone in più rispetto al numero dei protoni e così via. Atomi in cui prevalgono una o più cariche positive o negative si chiamano IONI. Esempio con immagine: Immagine: 12,31 KB
Quest'atomo ha un totale di 7 elettroni --> quindi 7 cariche - e un totale di 6 protoni --> quindi 6 cariche + Ne risulta che predomina un elettrone ---> cioè una carica negativa Deduciamo che siamo di fronte ad uno ione negativo (anione). Quando sono le cariche positive a prevalere allora l'atomo si chiama catione. Gli ioni si indicano con il simbolo dell'atomo di cui si sta parlando seguito dal simbolo + o - in alto a destra. Esempio: se l'atomo di sodio (Na) perde un elettrone --> vi sarà un protone che predominerà e di conseguenza l'atomo avrà una carica totale positiva. Quest'atomo lo indicheremo così: Na+ con il simbolo + scritto piccolo in alto a destra. Se il calcio (Ca) perde due elettroni, predomineranno 2 protoni nel nucleo rispetto al numero degli elettroni, quindi avrà 2 cariche positive --> indicheremo lo ione calcio così: Ca++ o Ca2+
LEGAME COVALENTE POLARIZZATO
Non tutti gli atomi attraggono a se gli elettroni allo stesso modo. Nel precedente caso della formazione della molecola di idrogeno (H2) a partire da 2 atomi di idrogeno (H), quando vengono condivisi gli elettroni per formare un legame covalente, questi oscillano tanto attorno al nucleo del primo atomo di H quanto attorno al nucleo dell'altro atomo di H. Voglio dire che il tempo che gli elettroni passano ad oscillare attorno ai due atomi di H è uguale e ciò è intuitivo dal momento che gli atomi che formano la molecola sono identici.
Ma se prendiamo per esempio la molecola d'acqua (H2O), formata da 2 atomi di H e un atomo di O, il discorso cambia:
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Dall'immagine si vede come nella molecola d'acqua si formano 2 legami covalenti dati da condivisione di elettroni da parte di ossigeno e idrogeno. Però l'atomo di ossigeno è più grosso di quello di idrogeno, ha più protoni nel nucleo, quindi una carica totale positiva maggiore --> la conseguenza è che tenderà ad attrarre MAGGIORMENTE a se gli elettroni condivisi dai due atomi di H ma senza strapparli via da essi. Se gli elettroni passano nel complesso più tempo ad oscillare attorno all'atomo di ossigeno rispetto al tempo che passano attorno all'atomo di H, la conseguenza sarà che l'atomo di O avrà una LEGGERA carica negativa e ogni atomo di H avrà una leggera carica positiva --> si crea un DIPOLO. In casi come questi, in cui nella molecola è presente un atomo che attira di più a se gli elettroni che partecipano alla formazione dei legami covalenti, si parlerà di legame covalente polarizzato
Se nell'acqua non fossero presenti legami covalenti polarizzati la vita non esisterebbe sulla terra, la presenza di questo legame è uno dei pilastri fondamentali dell'esistenza.
LEGAME A IDROGENO
Questo è un particolare tipo di legame che si crea principalmente tra le molecole d'acqua vicine --> tutto ciò è possibile proprio grazie a quanto detto prima, ossia grazie al fatto che la molecola d'acqua risulta essere un dipolo:
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Se l'ossigeno di una molecola d'acqua ha una leggerissima carica negativa --> tenderà ad attrarre a se l'idrogeno di un'altra molecola d'acqua vicina perchè quest'ultimo ha una leggerissima carica positiva --> di conseguenza vi sarà una leggera attrazione dal momento che 2 cariche di segno opposto si attraggono ed è proprio da questa attrazione che deriva il legame a idrogeno. Questo non è un vero e proprio legame come il legame covalente ma è più che altro una debolissima attrazione elettrostatica. Ricapitolando: un legame a idrogeno si forma per attrazione elettrostatica tra l'ossigeno leggermente - di una molecola d'acqua e l'idrogeno leggermente + di un'altra molecola d'acqua vicina. Tra le molecole d'acqua si formano in continuazione innumerevoli legami a idrogeno che hanno una vita di circa un centomiliardesimo di secondo e nel complesso, tutti questi legami che nascono e muoiono sono responsabili di tutte le proprietà che ha l'acqua come solvente: tensione superficiale, capillarità, caratteristiche fisiche.
Modificato da - geppe in Data 03 febbraio 2012 09:14:10
"Omnia ab ovo" (William Harvey). Le còcce, pe' piacere, ner biologgico! (Volvox)
l'idea del Pdf non sarebbe male, ora sono in Canada, ma quando torno ci faccio un pensierino e magari li raggruppiamo in un post in rilievo. Nico permettendo
il problema dei pdf sono i video.... come li vedete? Si potrebbero mettere dei collegamenti al link.
Se siete interessati agli argomenti, di volta in volta scaricatevi i video che associo da youtube perchè potrebbero essere tolti per un motivo o per un altro. Con firefox c'è un'opzione semplice per poter scaricare un video che si sta guardando, basta un click.
grazie a scuola non capivo mai la chimica a causa di un mio rifiuto mentale per le materie scientifiche.Adesso grazie all'interesse verso i microorganismi e le loro osservazioni provo a capire un po' questa materia e devo dire che queste spiegazioni di base sono belle,chiare ed utili,nel caso volessi approfondire.Grazie per queste splendide lezioni di chimica.Certe cose si apprezzano da grandi
Leggere le nozioni di chimica che studio al liceo su questo forum e' sorprendente e direi che sono anche molto comprensibili e anche moolto ridotte nei contenuti, di sicuro chiunque capirebbe i concetti per la chiarezza di come li hai illustrati Nico, complimenti, seguiro' i tuoi appunti molto appassionatamente
Federico Giaccari La Natura Non Fa Nulla D'Inutile Aristotele- La Politica
Carissimi amici, non vi ho abbandonato :) sono solo molto impegnato tra lavoro in ospedale, ricerche per l'università e tanto altro ma tornerò presto. Le lezioni e la divulgazione continueranno. Sto anche facendo un sito con diverse sezioni... per adesso sono solo presenti le sezioni di: 1) Chimica generale 2) Statistica generale e applicata alla biologia 3) Genetica umana delle malattie rare (in continuo aggiornamento) 4) Corso di astronomia 5) Sezione microscopia A breve sarà pronto il corso di matematica e sistemi dinamici per la biologia, qindi matematica applicata alla biologia, il corso di chimica organica e quello di biologia. Ci saranno più di 200 corsi sia di livello liceale che universitario che post universitario. Per quanto riguarda questo forum, ora come ora, potrebbe servirvi il corso di chimica generale e quello di statistica (uno studio statistico sui prelievi fatti e gli organismi analizzati è certamente più elegante, scientifico e serio). Alcuni videocorsi sono a pagamento, altri gratuiti MA... OVVIAMENTE LE LEZIONI CHE VI SERVONO E CHE VOLETE APPROFONDIRE VE LE DO GRATIS, NON VOGLIO DI CERTO SOLDI IN QUESTO FORUM il cui spirito è sempre stato quello di condividere la conoscenza.... Se volete guardate i demo e se c'è qualcosa che volete approfondire in particolare me lo dite che posto il link con la lezione completa. I videocorsi sono di gran lunga migliori rispetto alle spiegazioni scritte con immagini... quelle le trovate anche nei testi.
ECCO IL MIO SITO, PRENDETE LE SEZIONI DI INTERESSE:
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(2) BREVI ACCENNI DI CHIMICA (LIVELLO 0)
Inserito il - 08 novembre 2011 : 17:04:40
... vedrai che sarà tutta un'altra cosa osservare i microrganismi comprendendone anche gli aspetti biologici oltre che estetici.
