Citologia 03 - Polarità delle molecole

Citologia 03 - Polarità delle molecole

Molecole polari e non polari

Gli atomi si legano a formare le molecole condividendo due elettroni per formare un legame.

Quando si forma una molecola, così come nell’atomo, le cariche positive e negative si annullano, rendendola neutra.

Tuttavia, gli atomi della molecola possono essere diversi tra loro e talvolta uno trattiene gli elettroni più dell’altro, in questo caso si dice che è più ​elettronegativo ​ .

Prendiamo come esempi due molecole, una con due atomi uguali e una con due atomi diversi

● Nel primo caso i due atomi esercitano la stessa attrazione sugli elettroni (perchè hanno lo stesso numero di protoni). Quindi, come risultato, se immaginassimo di fare delle “foto” della molecola in tempi diversi, gli elettroni saranno distribuiti equamente tra un atomo e l’altro.

● Se, invece, la molecola è formata da atomi diversi, uno dei due (quello con più protoni, quindi quello più grande) tenderà a trattenere per più tempo gli elettroni attorno a sè. Ciò significa che gli elettroni staranno più frequentemente attorno all’atomo grande. Si dice quindi che questo atomo è più elettronegativo dell’altro e la molecola, pur essendo neutra, sarà ​ ​polare : infatti, attorno

all’atomo più elettronegativo si formerà un parziale carica negativa o polo negativo (dovuto all’eccesso

di elettroni), mentre, al contrario, attorno all’atomo più piccolo ci saranno meno cariche negative, e quindi un numero maggiore di protoni positivi formando il polo positivo.

Queste cariche parziali vengono indicate con la lettera greca ​ ^δ ​ (delta).

Se per molecole formate da due atomi è più semplice capire se siano polari o meno, per molecole più complesse il discorso cambia.

Nell’acqua è facile distinguere un polo negativo, l’ossigeno, ed un polo positivo, gli idrogeni.

L’anidride carbonica (CO ​

), invece, presenta delle cariche parziali negative (dovute ai due atomi di ossigeno, più elettronegativi) e delle cariche parziali positive (dovute all’atomo di carbonio). Tuttavia, il carbonio si trova

racchiuso tra i due ossigeni rendendo impossibile la suddivisione della molecola in una parte positiva ed una negativa.

La molecola di CO ​

non ha quindi un lato positivo ed uno negativo e si definisce ​apolare

​ (o non polare).

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Attenzione, non tutte le molecole con atomi diverse sono polari perchè spesso la differenza di

elettronegatività è irrilevante

Forza di Culomb

Per capire in che modo la polarità o meno di una molecola ne influenzi il suo

comportamento, è necessario introdurre un principio fondamentale della elettrostatica.

In natura le cariche opposte si attraggono e quelle dello stesso segno si respingono. Questa è la legge di Coulomb e la forza stessa che agisce tra le varie cariche viene definita “forza di Coulomb”.

Forze intra ed inter molecolari

Esistono due forze principali che agiscono sulle molecole, quelle intra-molecolari e quelle inter-molecolari

● Le prime sono le forze intra-molecolari, ovvero che agiscono all’interno della stessa molecola. Queste forze tengono uniti gli atomi a formare le molecole.

Questa forza può dipendere dalla condivisione di un elettrone tra le molecole oppure dalla forza di Coulomb che unisce in una molecola neutra due ioni di segno opposto.

● Le seconde sono le forze inter-molecolari, cioè che agiscono tra due o più molecole. Qui la forza di Coulomb si fa ancora più importante. Se le due molecole sono polari, i poli positivi di una

attrarranno quelli negativi dell’altra. Nell’esempio del sale e dell’acqua, il sodio, che rappresenta il polo positivo della molecola di sale, attrae l’ossigeno dell’acqua. che costituisce il polo negativo, il Cloro

invece attrae il polo positivo, gli idrogeni. Questo è il motivo per cui il sale si scioglie bene nell’acqua, perchè sia il sale che l’acqua sono molecole polari. Questo discorso è valido anche per lo zucchero e tutte le altre sostanze che si sciolgono in acqua.

L’olio, invece, è una molecola apolare e per questo motivo non interagisce con l’acqua.

Idrofilia e Lipofilia (o idrofobia)

La capacità di una sostanza di sciogliersi in un solvente noto ci permette di comprendere se sia polare o meno. Una sostanza che si scioglie

nell’acqua si definisce polare o idrofila, una sostanza che non si scioglie nell’acqua ma si scioglie nell’olio si

definisce apolare, o idrofoba o lipofila. Se una sostanza, come il sapone, si scioglie sia in acqua che nell’olio, sarà definita anfipatica.

Solubilità

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Tornando all’esempio precedente, le forze inter-molecolari dell’acqua si manifestano anche con il sale perchè entrambe le molecole sono polari. In questo caso particolare le forze intermolecolare sono talmente forti da vincere quelle intramolecolari del sale, ovvero la forza di Culomb che mantiene vicini i due ioni di sodio e cloro.

Le molecola d’acqua si dispongono con gli ossigeni che hanno una carica parzialmente negativa attorno allo ione positivo del sodio, con gli idrogeni che hanno invece una carica parzialmente positiva attorno allo ione cloro.

Esiste qunantità massima di soluto che può essere disciolta in un solvente.

È possibile sciogliere 358 grammi di sale in un litro di acqua a 20 gradi. Questo valore prende il nome di “solubilità del sale in acqua”.

Una soluzione si dice ​satura

​ quando continene la quantità massima di sale che si può

disciogliere al suo interno (nel caso di una soluzione di acqua e sale la saturazione si raggiunge aggiungendo 358 grammi in un litro d’acqua a 20 ​

). Se disciolgiamo invece una quantità minore di sale la soluzione si definisce ​insatura

​ . Se superiamo la saturazione

massima di sale si formerà un deposito sul fondo e la soluzione prende il nome di sovrassatura

​ .

La temperatura modifica la solubilità delle sostanze varia e per questo è sempre importante specificare la temperatura della soluzione. Ci sono sistemi a solubilità diretta, come quello dell’acqua e sale, in cui la solubilità aumenta con la temperatura e sistemi a solubilità inversa, come quello dell’anidride solforosa nell’acqua in cui la solubilità diminuisce con l’aumentare della temperatura.

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