Biologia 03 – Molecole e legami chimici 1
Biologia 03 – Molecole e legami chimici
Molecola
È un insieme di almeno due atomi uniti da un legame chimico covalente.
Una molecola può essere composta da più atomi di un solo elemento chimico o da atomi di elementi diversi.
Le molecole possono essere rappresentate con diversi formalismi (sfere, bastoncelli, sfere e bastoncelli insieme), ma il più utilizzato è la scrittura di Lewis che prevede che gli atomi siano rappresentati con la lettera che li identifica e i legami con una linea.
Legame chimico
È l’unione di due o più atomi resa possibile da una forza elettrostatica.
Nella formazione di un legame gioca un ruolo molto importante l’elettronegatività di un elemento.
Si tratta della capacità di un atomo di accettare elettroni. Un atomo molto elettronegativo tende ad attirare elettroni liberi ed, inoltre, quando forma molecole, tende ad attirare gli elettroni degli altri atomi, generando una delocalizzazione della carica molecolare.
Esiste una scala numerica, detta scala dell’elettronegatività di Pauling, che permette di confrontare tra di loro i vari elementi. Ad ogni elemento è associato un valore preciso (ad es.: 3,98 per il fluoro, 2,2 per l’idrogeno,…).
Legami intramolecolari
Sono tutti quei legami che si formano tra atomo e atomo per formare una molecola. Sono basati sulla condivisione degli elettroni. Sono detti “legami forti”, in quanto hanno una grossa quota di energia.
Il legame covalente è il più semplice. Consiste in due atomi che mettono in comune un elettrone spaiato ciascuno. Questi due elettroni occuperanno un orbitale molecolare. Due atomi possono mettere in comune anche più di due elettroni. Se ne condividono 4 si parla di legame covalente doppio, se ne condividono 6 si parla di legame covalente triplo. Nel formalismo di Lewis si indica con una linea se è semplice, 2 se è doppio, 3 se è triplo.
Il legame covalente può avvenire solo se la differenza di elettronegatività tra due atomi è inferiore a 1,9. Inoltre, se questa è minore di 0,4 si parla di legame covalente omopolare che è tipico delle molecole composte dallo stesso atomo (ad esempio H2) e che non presenta delocalizzazione di carica.
Il legame covalente dativo o legame di coordinazione è un particolare tipo di legame covalente in cui un atomo presta una coppia di elettroni ad un altro creando un orbitale molecolare. Il principio è lo stesso del legame covalente con la differenza che entrambi gli elettroni vengono da uno stesso atomo. Nel formalismo di Lewis si indica con una freccia che parte dall’atomo donatore e va verso l’atomo accettore.
Il legame ionico è molto diverso dai precedenti. Avviene quando la differenza di elettronegatività tra due atomi è maggiore di 1,9. In queste condizioni, un atomo è molto più elettronegativo dell’altro e perciò tende a strappargli un elettrone. A questo punto l’atomo più elettronegativo acquista un elettrone diventando ione negativo, mentre l’altro atomo lo perde diventando ione positivo. I due ioni di carica opposta si attraggono e rimangono “legati” grazie alla forza elettrostatica.
Biologia 03 – Molecole e legami chimici 2 Legami intermolecolari
Sono tutti quei legami che si formano tra molecole per coordinarsi nello spazio e generare strutture solide o liquide. Sono basati sulla forza elettrostatica.
Sono detti anche “legami deboli”, in quanto immagazzinano una piccola quota energetica.
Le forze di Van der Waals sono forze elettrostatiche che agiscono tra le molecole polari. Una molecola si dice polare se presenta un polo positivo ed uno negativo. Le molecole dovrebbero essere neutre, ma molto spesso accade che gli atomi più elettronegativi di una molecola attirino su se stessi la gran pare degli elettroni e diventino una sorta di polo negativo della molecola (allo stesso modo gli atomi i cui elettroni sono delocalizzati diventano una sorta di polo positivo). Le forze di Van der Waals sono quindi le interazioni elettrostatiche grazie a cui le molecole polari si dispongono nello spazio.
I ponti ad idrogeno sono legami intermolecolari che avvengono grazie agli atomi di idrogeno in condizioni particolari. Se infatti un atomo di idrogeno è legato ad un atomo molto elettronegativo (spesso l’ossigeno) il suo elettrone viene delocalizzato su questo atomo e l’idrogeno assume una parziale carica positiva. In questo modo diventa capace di attrarre atomi che hanno una coppia di elettroni libera (come ad esempio l’azoto). L’idrogeno viene quindi condiviso tra l’atomo elettronegativo e quello con la coppia di
elettroni libera diventando una sorta di ponte tra due molecole. Questo tipo di legame tiene insieme le due eliche del DNA ed è responsabile di molte proprietà dell’acqua.
Le interazioni idrofobiche sono tipiche delle sostanze non idrofile. Queste infatti, quando vengono messe in acqua, si cercano fino a formare un unico ammasso idrofobo. Grazie a queste interazioni è possibile il ripiegamento di molte proteine.
