2. legami chimici Flashcards
Diametro della maggior parte delle cellulle degli oganismi pluricellulari e perché
10-40μm
ottimizzazione rapporto superficie/volume: a parità di volume, un aumento del numero di cellule corrisponde a un aumento della superficie di scambio di nutrienti e scarti
se il rapporto fosse basso, gli scambi sarebbero troppo lenti
Costituenti chimici delle cellule
95% dei costituenti delle cellule è: H, C, N, O (strato di valenza incompleto)
Legame covalente, polare o apolare
Condivisione di elettroni (due atomi condividono gli elettroni di valenza)
- si forma una molecola
- legame forte (90 kcal/mol)
Polare: le cariche si concentrano ai poli e si creano un polo positivo e un polo negativo (‘dipolo’).
Gli elettroni si concentrano verso l’atomo con elettronegatività maggiore che acquista una parziale carica negativa; l’atomo meno elettronegativo assume parziale carica positiva.
Apolare: gli elettroni sono distribuiti equamente tra gli atomi poiché essi hanno elettronegatività comparabile.
Elettronegatività
Capacità di un atomo di attrarre elettroni
Legami ionici (quando, come, forte o debole)
- forte differenza di elettronegatività (>1.9)
- trasferimento dell’elettrone da atomo più elettronegativo (-> anione) ad atomo meno elettronegativo (-> catione)
- ora anione e catione si attraggono fortemente (attrazione elettrostatica) formando SALI o composti ionici (non molecole)
- forte in assenza di acqua, debole in soluzione acquosa:
in acqua, l’H2O circonda sia gli anioni sia i cationi, poiché ha carica positiva (H+) e negativa (O-), e dissocia i sali nei singoli ioni
Legami che formano molecole
Legami covalenti
Legami che formano sali
Legami ionici
Confronto tra legame covalente puro (apolare), polare e ionico
Covalente puro
- condivisione equa di elettroni
- 0<ΔEn<0.4
Covalente apolare
- elettroni condivisi ma spostati verso atomo più elettronegativo
- 0.4<ΔEn<1.9
Ionico
- trasferimento di elettroni -> attrazione elettrostatica
- 1.9<ΔEn<3.3
Legame idrogeno (quali atomi, debole o forte, importante e perché)
- tra due atomi elettronegativi, di cui uno legato covalentemente a un H: un H di una molecola polare interagisce con l’atomo elettronegativo di un’altra molecola
- lega più frequentemente O, N, F
- debole (non covalente), spezzato da movimenti termici (4 kcal/mol)
- di natura elettrostatica
- importantissimo in biologia per
1. lega tra loro molecole d’acqua a formare un reticolo
2. lega le due eliche di DNA e, non essendo forte, agisce da cerniera consentendo di accedere al singolo filamento
3. stabilizza la struttura secondaria delle proteine
Legami non covalenti
- legami ionici -> sali
- legami idrogeno -> acqua, DNA, struttura secondaria proteine
- forze di Van der Waals
- interazioni idrofobiche
Forze di Van der Waals
- forze elettrostatiche intermolecolari a corto raggio tra molecole apolari o polari
- debolissime (0.1 kcal/mol), forti se molteplici
- tipi
1. dipolo-dipolo: tra due molecole polari
2. dipolo-dipolo indotto: una molecola polare induce un dipolo temporaneo in una apolare
3. dipolo istantaneo-dipolo indotto: in una molecola apolare si genera uno sbilanciamento di cariche e perciò un dipolo temporaneo (dipolo istantaneo) che induce un dipolo in’altra molecola vicina (dipolo indotto)
Interazioni idrofobiche
- forza tra più molecole apolari (idrofobiche)
- molecole apolari in acqua si aggregano tra loro perché respinte dall’acqua, per minimizzare il loro contatto con l’ambiente polare
(se rimanessero separate, romperebbero i legami idrogeno tra molecole d’acqua, processo energeticamente sconveniente)
Costituenti chimici % della cellula
30% composti chimici (molecole e macromolecole)
70% acqua
Acqua (tipo di molecola, legami, stati fisici, funzione biologica, proprietà)
- molecola polare neutra o dipolo elettrico
- legami intermolecolari: legami idrogeno
- angolo 104.5° tra i due H
- a 37°C il 15% delle molecole è legato ad altre 4 molecole
- stato fisico dell’acqua determinato dai legami idrogeno:
- liquido: legami H si rompono e riformano in continuazione
- solido: minore temperatura → minore energia cinetica → minore movimento delle molecole → legami H fissi → maggiore distanza tra molecole → maggiore volume → minore densità
[<4°C l’energia cinetica scende sotto all’energia dei legami idrogeno → legami H si formano molto più facilmente di quanto non si rompano]
- ‘solvente della vita’: poiché polare, è in grado di sciogliere molti soluti (ionici e polari): il polo negativo della molecola d’acqua è attratto dai cationi e il polo positivo dagli anioni del composto
- a 25°C si ionizza in catione idrossonio e anione idrossido (2H2O ⇄ H3O+ e OH-) e raggiunge una concentrazione di 10^(-7)M, cioè pH=7 → soluzione neutra perché uguale quantità di cationi idrossonio e anioni idrossido
→ tendenza ad autoionizzarsi bilanciata da tendenza dei due ioni dissociati a riassociarsi tra loro
Proprietà (grazie a legami H)
- coesione (liquido molto strutturato)
- adesione a sostanze idrofile (l’acqua sale nella corteccia contro la forza di gravità)
- alta tensione superficiale
Calore di vaporizzazione dell’acqua e conseguenze
Calore di vaporizzazione: quantità di energia necessaria al passaggio di 1g di liquido a gas
539kcal
conseguenze
- moderazione delle escursioni climatiche sulla Terra (l’evaporazione dell’acqua assorbe molta energia dal Sole)
- raffreddamento per evaporazione (l’evaporazione superficiale rinfresca la superficie)
