Gli atomi e i legami chimici PDF

Gli atomi e i legami chimici Classe: 2 Linguistico a.s. 2024/25 prof.ssa De Giovanni Annunziata  Ciascuna BIOMOLECOLA ha un compito specifico e insostituibile nell'organismo e viene prodotta in quantità controllate. Colesterolo...

Gli atomi e i legami chimici Classe: 2 Linguistico a.s. 2024/25 prof.ssa De Giovanni Annunziata  Ciascuna BIOMOLECOLA ha un compito specifico e insostituibile nell'organismo e viene prodotta in quantità controllate. Colesterolo Molecole essenziali prodotte solo dagli esseri viventi: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Emoglobina Funzione Strutturale : costruiscono le cellule (es. colesterolo). Funzionale : regolano processi vitali (es. emoglobina). Cooperazione : interazione e coordinazione tra molecole. Metabolismo : Insieme delle reazioni chimiche nelle cellule. Simile in tutti gli organismi, dai procarioti agli eucarioti.  Atomi : le unità di base della materia, organizzate in elementi (118 totali). Molecole : particelle formate da atomi uniti tramite legami chimici. Ioni : atomi o molecole con carica elettrica. Elementi Essenziali per la Vita Meno di 30 elementi naturali sono indispensabili per la vita. Bioelementi principali (96% della massa corporea): più numerosi Elementi in Tracce più importante Presenti in quantità minime ma indispensabili (es. calcio, potassio e sodio). Alcuni essenziali per tutti gli organismi, altri specifici di alcune specie.  L'acqua rappresenta più del 70% in massa della Elementi fondamentali che compongono i viventi e le relative percentuali in massa. maggior parte degli organismi: è infatti il componente principale del citoplasma e del liquido interstiziale che, in un organismo pluricellulare, riempie gli spazi vuoti tra una cellula e l'altra.  Gli atomi non si creano né si distruggono durante le reazioni chimiche. La componente abiotica degli ecosistemi fornisce atomi essenziali: Carbonio (C): dal CO₂ dell’atmosfera. Azoto (N): dal N₂ atmosferico (fissato da batteri azotofissatori). Nessun Fosforo (P) e zolfo (S): da sali e ioni presenti nel suolo e nelle acque. organismo Fissazione dei Bioelementi può generare Organismi autotrofi (es. piante) fissano il carbonio tramite fotosintesi. i bioelementi Batteri azotofissatori estraggono azoto dall’atmosfera. da zero Ciclo della Materia I bioelementi passano dalla componente abiotica alla catena alimentare. Gli organismi restituiscono i bioelementi all’ambiente: Scarti metabolici durante la vita. Decomposizione dopo la morte. Equilibrio Dinamico Gli elementi sono continuamente consumati e rigenerati grazie agli scambi tra viventi e ambiente.  La Struttura dell’Atomo Ogni atomo è composto da tre particelle fondamentali: Protoni: carica positiva, si trovano nel nucleo. Neutroni: senza carica, contribuiscono alla massa dell’atomo. Elettroni: carica negativa, orbitano intorno al nucleo in uno spazio molto ampio rispetto al nucleo. Nucleo: piccolo e denso, contiene protoni e neutroni. Elettroni: occupano regioni dette orbitali, determinando le proprietà chimiche dell'atomo.  Numero Atomico e Numero di Massa E Numero atomico (Z): A indica il numero di protoni e identifica l’elemento (es. il fosforo ha Z = 15). Numero di massa (A): somma di protoni e neutroni (es. per il fosforo, A = 31). Z Gli atomi dello stesso elemento hanno sempre lo stesso numero di protoni, ma possono variare per numero di neutroni.  Elettroni e Comportamento Chimico Il comportamento chimico di un elemento dipende dalla distribuzione degli elettroni intorno al nucleo. Gli elettroni sono coinvolti nella formazione di legami chimici quando gli atomi interagiscono per formare molecole. Gli atomi possono guadagnare o perdere elettroni, trasformandosi in ioni: Ione negativo (anione): guadagna elettroni (es. ossigeno: O²⁻). Ione positivo (catione): perde elettroni (es. calcio: Ca²⁺).  Gli elettroni sono organizzati in livelli (o gusci), caratterizzati da diversa energia e differente distanza dal nucleo. Gli elettroni dell'atomo riempiono i livelli energetici in ordine di energia crescente. La distribuzione degli elettroni nei gusci definisce la struttura elettronica Per gli elementi dei gruppi principali il numero di elettroni del livello più esterno, detti elettroni di valenza, corrisponde al numero romano del gruppo. I gas nobili presentano un comportamento particolare, che li differenzia dagli altri gruppi: sono elementi chimicamente inerti. La stabilità dei gas nobili deriva dal fatto che hanno il livello esterno completo. Provaci Tu  Gli atomi dei gas nobili (es. neon, argon) sono particolarmente stabili perché hanno il massimo numero di elettroni nel livello più esterno. Eccetto l’elio (che ha 2 elettroni), tutti i gas nobili possiedono 8 elettroni di valenza. Gli elementi reattivi hanno il livello esterno incomplete e tendono a raggiungere la stabilità: Cedendo elettroni. LEGAMI CHIMICI Acquistando elettroni. Condividendo elettroni. I legami chimici coinvolgono solo gli elettroni di valenza (nel livello più esterno). I livelli elettronici interni non partecipano ai legami e rimangono inalterati.  La Regola dell’Ottetto (Gilbert N. Lewis, 1916) Gli atomi tendono a raggiungere la struttura elettronica esterna del gas nobile più vicino nella tavola periodica. Ottetto: otto elettroni di valenza conferiscono stabilità (tranne l’elio, che segue la regola del duetto con 2 elettroni). Esempi di Applicazione della Regola Fluoro (F): Si trova nel gruppo VII e ha 7 elettroni di valenza. Acquista 1 elettrone per raggiungere la configurazione del neon (gas nobile più vicino). Sodio (Na): Ha 1 elettrone di valenza e si trova vicino al neon nella tavola periodica. Per raggiungere la stabilità, perde 1 elettrone, assumendo la stessa configurazione elettronica del neon.  Per capire come un elemento forma legami: 1. Osservare la posizione nella tavola periodica. 2. Calcolare gli elettroni di valenza. 3. Stabilire se è più conveniente perdere, acquistare o condividere elettroni per raggiungere la configurazione stabile di un gas nobile. Provaci Tu Quanti elettroni devono acquisire o perdere gli atomi di ossigeno e quelli di berillio per diventare stabili?  La Formazione dei Legami Chimici Il trasferimento o la condivisione di elettroni tra due atomi avviene solo quando essi sono sufficientemente vicini perché: Il nucleo positivo di ciascun atomo possa attrarre gli elettroni dell'altro atomo.  Tipi di Legami Chimici Legame Covalente: NonMe + NonMe Si forma quando entrambi gli atomi esercitano una forza di attrazione simile sugli elettroni. Gli atomi condividono coppie di elettroni, attratti da entrambi i nuclei. Legame Ionico: Me + NonMe Si instaura quando la forza attrattiva di un atomo è molto maggiore rispetto a quella dell’altro. L'atomo più elettronegativo strappa uno o più elettroni all'altro, formando ioni di carica opposta che si attraggono.  La Natura dei Legami Chimici Tutti i legami chimici sono forze di attrazione elettrica. La tipologia del legame (covalente o ionico) dipende non solo dal numero di elettroni necessari per la stabilità, ma anche dalla forza attrattiva dei nuclei coinvolti. Elettronegatività: la tendenza Differenza di Elettronegatività (Δχ) di un atomo ad attirare gli La differenza di elettronegatività tra due atomi elettroni coinvolti in un determina il tipo di legame: legame. Legame Covalente: Δχ è piccola o nulla (gli Dipende da: elettroni sono condivisi). Carica del nucleo Legame Ionico: Δχ è elevata (superiore a 1,9), un Dimensione dell'atomo atomo sottrae elettroni all’altro. Numero di elettroni Il legame ionico è l'attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta; gli ioni si formano perché un atomo cede uno o più elettroni a un altro atomo. Me + NonMe (Δχ > 1,9). Na Cl  La formula di un composto ionico indica solo il rapporto numerico tra ioni positivi e negativi, senza segnalare la carica di ciascuno. Na Cl I composti ionici si presentano come solidi cristallini Il legame covalente è la forza di attrazione che si instaura tra due atomi che condividono una o più coppie di elettroni. Gli atomi uniti formano una molecola. Cl Cl Si forma quando gli atomi hanno elettronegatività uguale o simile (Δχ < 1,9). NonMe+NonMe  Cl Cl Legame singolo Legame doppio Legame triplo Il legame covalente può instaurarsi anche tra atomi di elementi diversi e può portare alla formazione di molecole che molto spesso contengono tre o più Cl Cl atomi, uniti da legami singoli, doppi o tripli. Il legame covalente puro o apolare si instaura tra due atomi con elettronegatività uguale o simile. Il legame covalente polare si instaura tra due atomi che hanno valori di elettronegatività differenti, e che quindi esercitano forze attrattive di diversa intensità sugli elettroni di legame.