Struttura e proprietà degli atomi e delle molecole
Mappa concettuale
Gli atomi, con i loro protoni, neutroni ed elettroni, sono la base della materia. Questo testo esplora come gli atomi formano molecole attraverso legami covalenti, ionici e idrogeno, e come queste molecole sono fondamentali per la vita, con un focus sui bioelementi, l'acqua, il carbonio e le macromolecole biologiche come proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi.
Riassunto
Schema
Struttura e Composizione degli Atomi
Gli atomi sono le unità fondamentali della materia, costituiti da un nucleo centrale contenente protoni, che possiedono una carica positiva, e neutroni, che sono neutri. Attorno al nucleo orbitano gli elettroni, particelle con carica negativa. Il numero di protoni nel nucleo, noto come numero atomico (Z), definisce l'elemento chimico a cui l'atomo appartiene. Gli isotopi sono forme dello stesso elemento che differiscono nel numero di neutroni. La tavola periodica degli elementi elenca 118 elementi confermati, di cui 92 si trovano naturalmente sulla Terra, inclusi l'idrogeno e l'ossigeno, fondamentali per la vita. Gli atomi formano molecole stabilendo legami covalenti, in cui condividono una o più coppie di elettroni. Questi legami possono essere singoli, doppi o tripli, con una forza attrattiva che aumenta con il numero di coppie di elettroni condivise.Legami Chimici e Stabilità Molecolare
La stabilità energetica degli atomi è raggiunta quando gli orbitali elettronici più esterni sono completamente riempiti con elettroni. Gli atomi, ad eccezione dei gas nobili, tendono a formare legami chimici per ottenere questa configurazione elettronica stabile, attraverso il trasferimento o la condivisione di elettroni. Gli elementi chimici inerti, come i gas nobili, hanno tutti i loro livelli energetici completamente riempiti, mentre gli elementi altamente reattivi hanno un elettrone in più o in meno nell'orbitale più esterno, tendendo a guadagnare o perdere elettroni per raggiungere la stabilità.Proprietà delle Molecole e Tipi di Legami Chimici
Le molecole possiedono proprietà distintive come il peso molecolare, che è la somma dei pesi atomici degli atomi che le compongono, e la molarità, che è una misura della concentrazione di una sostanza in una soluzione. Il numero di Avogadro, 6.022 x 10^23, è il numero di particelle presenti in una mole di una sostanza. I legami chimici si classificano in covalenti (non polari e polari), ionici, e legami idrogeno. I legami covalenti sono generalmente forti e possono essere singoli, doppi o tripli. I legami ionici si formano tra atomi con grande differenza di elettronegatività e sono tipicamente più deboli dei covalenti in soluzione acquosa. I legami idrogeno e le forze di Van der Waals sono interazioni intermolecolari più deboli che giocano un ruolo cruciale nella determinazione delle proprietà fisiche delle sostanze.Bioelementi e Acqua nella Materia Vivente
I bioelementi sono gli elementi chimici indispensabili per la vita, che includono macroelementi come carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, microelementi come ferro e zinco, e oligoelementi come iodio e selenio. L'acqua è una molecola polare e neutra, vitale per tutte le forme di vita, capace di formare legami idrogeno e di agire come solvente universale. La polarità delle molecole determina la loro solubilità in acqua: le molecole idrofiliche sono solubili, mentre quelle idrofobe sono insolubili, influenzando così la struttura e la funzione delle biomolecole.Ruolo del Carbonio e Gruppi Funzionali nelle Molecole Biologiche
Il carbonio è un elemento unico, con quattro elettroni nel suo orbitale più esterno, che gli permette di formare fino a quattro legami covalenti con altri atomi, contribuendo alla diversità strutturale delle molecole biologiche. Il carbonio può formare catene e anelli, e esistere in isomeri strutturali e ottici, che differiscono nella disposizione degli atomi e nella loro orientazione nello spazio. I gruppi funzionali, come l'ossidrile (-OH) e il carbossile (-COOH), sono gruppi di atomi che conferiscono specifiche proprietà chimiche alle molecole, influenzando la loro reattività e solubilità, e svolgendo un ruolo cruciale nella biochimica.Macromolecole Biologiche e loro Funzioni
Le macromolecole biologiche, quali proteine, acidi nucleici (DNA e RNA), carboidrati e lipidi, sono fondamentali per le funzioni cellulari. I carboidrati forniscono energia e hanno ruoli strutturali, e si suddividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. I lipidi, inclusi trigliceridi, fosfolipidi e steroli, sono importanti per l'immagazzinamento dell'energia, la struttura delle membrane cellulari e la sintesi di ormoni. Le proteine sono polimeri di amminoacidi e svolgono una vasta gamma di funzioni biologiche, con strutture che variano dal livello primario al quaternario, determinando la loro specifica funzione e attività.
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Atomi
Composizione degli atomi
Gli atomi sono costituiti da un nucleo contenente protoni e neutroni, circondato da elettroni
Numero atomico e isotopi
Numero atomico
Il numero di protoni nel nucleo di un atomo determina l'elemento chimico a cui appartiene
Isotopi
Gli isotopi sono forme dello stesso elemento che differiscono nel numero di neutroni
Tavola periodica degli elementi
La tavola periodica elenca 118 elementi, di cui 92 si trovano naturalmente sulla Terra
Molecole
Legami covalenti
I legami covalenti si formano quando gli atomi condividono una o più coppie di elettroni
Stabilità energetica delle molecole
Le molecole raggiungono la stabilità energetica quando gli orbitali elettronici più esterni sono completamente riempiti
Tipi di legami chimici
Legami ionici
I legami ionici si formano tra atomi con grande differenza di elettronegatività
Legami idrogeno
I legami idrogeno sono interazioni intermolecolari deboli che influenzano le proprietà fisiche delle sostanze
Bioelementi e biomolecole
Bioelementi
I bioelementi sono gli elementi chimici indispensabili per la vita
Acqua
L'acqua è una molecola polare e neutra, fondamentale per tutte le forme di vita
Carbonio
Il carbonio è un elemento unico che contribuisce alla diversità strutturale delle molecole biologiche
Macromolecole biologiche
Carboidrati
I carboidrati forniscono energia e hanno ruoli strutturali nelle cellule
Lipidi
I lipidi sono importanti per l'immagazzinamento dell'energia e la struttura delle membrane cellulari
Proteine
Le proteine svolgono una vasta gamma di funzioni biologiche e hanno una struttura complessa
Struttura e proprietà degli atomi e delle molecole
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00
Composizione nucleo atomico
Nucleo formato da protoni (carica positiva) e neutroni (neutri).
01
Definizione di isotopi
Isotopi: forme dello stesso elemento con diverso numero di neutroni.
02
Tipi di legami covalenti
Legami covalenti: singoli, doppi o tripli, forza cresce con coppie elettroni condivise.
