Le ammine

19 01 2015

     Le ammine sono composti organici che si possono considerare derivati dell’ammoniaca (NH3) e sono caratterizzati dalla presenza del gruppo amminico (- NH2). Come l’ammoniaca anche le ammine hanno un debole carattere basico. L’importanza dei gruppi amminici è notevole, soprattutto in ambito biologico perché sono parte integrante degli amminoacidi, i mattoni delle proteine, e nelle basi azotate degli acidi nucleici, fondamentali nella trasmissione delle informazioni ereditarie. Altri composti che contengono il gruppo amminico costituiscono neurotrasmettitori (acetilcolina, adrenalina) oppure prodotti di origine vegetale (nicotina, caffeina, …).

     Le ammine possono essere classificate in alifatiche o aromatiche. Nel primo caso il gruppo amminico è legato ad un radicale alchilico, come nel caso della metilammina o dell’etilammina (clicca sull’immagine per ingrandirla). Nel secondo caso l’atomo di azoto è legato direttamente ad un anello benzenico. Il forte legame tra l’azoto e il carbonio dell’anello, rende le ammine aromatiche molto meno basiche di quelle alifatiche: l’anilina è una base centinaia di migliaia di volte più debole della metilammina. Un’altra spiegazione di questa notevole differenza riguarda la coppia di elettroni del gruppo amminico che non forma legami: localizzato sull’atomo di azoto nelle ammine alifatiche; delocalizzati nelle ammine aromatiche, suddivisi tra gli atomi di carbonio orto e para dell’anello.

     La nomenclatura, per le ammine più semplici, vede l’unione del nome del radicale alchilico con la parola ammina. I gruppi alchilici o arilici legati all’azoto possono anche essere due o tre e in questi casi si hanno rispettivamente le ammine secondarie (dimetilammina, difenilammina) e quelle terziarie (trimetilammina, dimetil-etilammina, metiletil-propilammina). Nelle ammine il termine primaria, secondaria, terziaria, indica il numero di atomi di carbonio legati direttamente all’atomo di azoto. I nomi sistematici delle ammine più complesse si ottengono dal nome della catena idrocarburica più lunga con l’aggiunta del suffisso -ammino, con un numero per indicarne la posizione (a. primarie).

     Il modo più comune di preparare le ammine utilizza la reazione dell’ammoniaca con alogenuri alchilici e, dalle ammine primarie che si possono ottenere, per ulteriore reazione con alogenuri si ottengono quelle secondarie e terziarie.

     A parte la massiccia presenza nelle cellule, nella materia vivente, quali sono gli altri principali usi delle ammine? In campo industriale, le più importanti sono quelle aromatiche. Son utilizzate soprattutto nel settore farmaceutico, nella produzione di coloranti, insetticidi e rivestimenti plastici (amminoplasti o resine amminiche).

Tra le ammine più utilizzate per ricavare altri prodotti (farmaci, amminoplasti, coloranti) c’è l’amminobenzene o anilina, la più semplice delle ammine aromatiche (C6H5 – NH2), che se inalata o ingerita è tossica.

Per approfondire: http://it.wikipedia.org/wiki/Ammine ; http://online.scuola.zanichelli.it/chimicafacile/files/2012/10/E10-Ammine.pdf

Videolezione sui gruppi funzionali (UniNettuno).

 




Elettroni di valenza

10 01 2015

 

     Quando si affronta il tema della configurazione elettronica degli elementi chimici, si introduce anche il concetto di elettroni di valenza di un atomo: sono quegli elettroni che partecipano alla formazione dei legami chimici e che determinano le proprietà chimiche dell’elemento. Gli atomi di quasi tutti gli elementi tendono ad aggregarsi tra loro in modo da formare molecole e quando raggiungono un’opportuna distanza, gli elettroni dei loro ultimi orbitali si influenzano reciprocamente e le loro strutture elettroniche si modificano.

     Se un elemento nella formazione di legami perde o acquista elettroni, il numero di elettroni persi o acquistati costituisce la valenza ionica dell’elemento. In questo caso si formano composti ionici che rappresentano solo una parte dei numerosissimi composti chimici. Molto spesso gli atomi formano legami chimici condividendo una o più coppie di elettroni, formando composti covalenti. La valenza covalente di un atomo è il numero di coppie di elettroni che l’atomo ha in comune con altri atomi.

     Come individuare gli elettroni di valenza di un atomo? Bisogna distinguere due casi: il primo riguarda gli elementi appartenenti ai gruppi principali (indicati con i numeri romani da I a VIII) o elementi rappresentativi; il secondo riguardante gli elementi di transizione (compresi tra i gruppi principali II e III).

1° caso. È il caso più semplice: gli elettroni di valenza di questi elementi sono indicati dal numero romano posto all’apice della colonna. Perciò: Na, K, Rb (I gruppo) hanno valenza 1; Be, Mg, Ca (II gruppo) hanno valenza 2; B e Al (III gruppo) hanno valenza 3 e così via fino al gruppo dei gas nobili, gli atomi dei cui elementi hanno valenza 8 (ad eccezione dell’elio che ha solo due elettroni).

Se invece non si vogliono utilizzare i numeri romani ma quelli arabi che intestano i gruppi, la situazione è la seguente:

- Gruppo 1: 1 elettrone di valenza

- Gruppo 2: 2 elettroni di valenza

- Gruppo 13: 3 elettroni di valenza

- Gruppo 14: 4 elettroni di valenza

- Gruppo 15: 5 elettroni di valenza

- Gruppo 16: 6 elettroni di valenza

- Gruppo 17: 7 elettroni di valenza

- Gruppo 18: 8 elettroni di valenza (tranne l’elio che ne ha 2)

     Comunque la valenza corrisponde al numero di elettroni dell’ultimo livello energetico, indicato dal numero quantico principale (n) collocati nei sottolivelli s e p, che insieme possono avere al massimo otto elettroni.

Ad esempio se considero la configurazione elettronica del potassio (Z=19): K = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1,  il livello energetico più esterno è il 4s che ha un solo elettrone (valenza 1).

Il bromo invece (Z=35): Br = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4pha come livello energetico più esterno il 4s e il 4p che hanno rispettivamente 2 e 5 elettroni (valenza 7).

     Si noti che il numero del periodo a cui l’elemento appartiene indica qual è il livello energetico più esterno occupato dagli elettroni. In altre parole, gli elettroni di valenza occupano il livello di energia corrispondente al periodo dell’elemento. Gli elementi di uno stesso gruppo, inoltre, hanno la stessa configurazione elettronica esterna, perciò la stessa valenza e, soprattutto, proprietà chimiche simili.

Graficamente gli elettroni di valenza si possono rappresentare con i simboli di Lewis (figura in alto).

2° caso: gli elettroni di valenza degli elementi di transizione. Il numero degli elettroni di valenza non è immediato come nel caso precedente. Gli elementi di transizione fanno parte dei gruppi che vanno dal n. 3 al n. 12 e spesso possono avere più di un numero di valenza perché possono mettere in gioco un numero diverso di elettroni per formare diversi composti. In ogni caso, consultando il n. di ossidazione sulla tavola periodica, gli elettroni di valenza non possono superare il massimo numero di ossidazione dell’elemento.

     Nella maggior parte dei casi, gli elementi di transizione presentano il guscio di valenza con due elettroni, per cui formano composti in cui assumono n. di ossidazione +2. Ma non è una regola generale perché per questi elementi gli elettroni di valenza oltre a comprendere quelli del sottolivello s possono riguardare quelli del sottolivello d , quindi i loro elettroni di valenza possono essere presenti in più di uno strato elettronico.

In generale gli elettroni di valenza degli elementi di transizione, a seconda del gruppo, possono essere:

- Gruppo 3: 3 elettroni di valenza

- Gruppo 4: da 2 a 4 elettroni di valenza

- Gruppo 5: da 2 a 5 elettroni di valenza

- Gruppo 6: da 2 a 6 elettroni di valenza

- Gruppo 7: da 2 a 7 elettroni di valenza

- Gruppo 8: da 2 a 3 elettroni di valenza

- Gruppo 9: da 2 a 3 elettroni di valenza

- Gruppo 10: da 2 a 3 elettroni di valenza

- Gruppo 11: da 1 a 2 elettroni di valenza

- Gruppo 12: 2 elettroni di valenza

Considerando alcuni degli elementi di transizione più diffusi, gli elettroni di valenza più frequenti (corrispondenti allo stato di ossidazione più comune) sono:

Fe= 2 e 3; Mn= 2, 4, 7; Cu= 2; Zn= 2; Ni= 2; Co= 2 e 3; Cr= 3 e 6; V= 3 e 5.

Cliccare sulle immagini per ingrandirle. Credit immagine tavola_blocchi: www.tavolaperiodica.unicam.it ; Lewis: didattica-online.polito.it .

 




Fabiola Gianotti a “otto e mezzo” su La7

7 01 2015

     Ieri sera la trasmissione “otto e mezzo” di La7, condotta da Lilli Gruber, ospitava il giornalista Beppe Severgnini e in collegamento da Ginevra Fabiola Gianotti, designata direttore generale del CERN. Una puntata gradevole e anche più interessante del solito, incentrata sulla ricerca, la scienza e l’istruzione che propongo ai lettori di questo blog.

Preciso soltanto che non ho condiviso la domanda riguardante il credo in Dio e quella relativa al premier Renzi. Le opinioni sulle questioni religiose e politiche dovrebbero rimanere personali.

     Da sempre in Italia, purtroppo più che in altri Paesi, si fa fatica a comprendere ed accettare che la scienza, con l’insegnamento e la ricerca scientifica e la tecnologia sono le principali forze motrici del benessere di un Stato e dei suoi cittadini. Bisogna constatare con piacere che sono molti gli uomini e le donne che hanno successo, a livello internazionale, nei settori scientifici e dell’ingegneria. Questi successi però si raggiungono solo quando si prestano anni di servizio fuori dall’Italia, lavorando in gruppi transnazionali in vari centri di ricerca d’eccellenza sparsi in tutti i continenti e collegati tra loro. Fra questi in CERN è uno dei più prestigiosi, nel campo della ricerca delle particelle elementari e della fisica di base è il primo al mondo.

     Fabiola Gianotti, dopo aver coordinato l’esperimento Atlas che ha permesso di annunciare al mondo la scoperta del Bosone di Higgs (che le è valsa anche la copertina del Times), dal 1° gennaio 2016 fino alla fine del 2020 sarà il primo direttore generale del CERN, un Istituto di ricerca in cui le diversità sono rappresentate in tutte le forme: genere, provenienza geografica, gruppi etnici.

Non vado oltre e vi invito ad ascoltare la puntata “La signora della fisica” su La7.

 




I principali temi della ricerca scientifica nel 2015

5 01 2015

     Alcune prestigiose riviste scientifiche alla fine di ogni anno propongono un bilancio delle attività di ricerca e delle scoperte scientifiche e tecnologiche più significative degli ultimi dodici mesi. Nature, nel primo numero del 2015, propone anche una previsione dei temi che saranno affrontati nei prossimi dodici mesi e che verosimilmente porteranno importanti risultati. Non sono temi nuovi ma rappresentano la continuazione di ricerche impostate nel 2014 e/o negli anni precedenti: ad esempio sicuramente si continuerà con la fisica delle particelle elementari, un settore che non è mai stato abbandonato da oltre un secolo, quando furono scoperti elettroni e protoni prima e i neutroni dopo, nel 1932. Questo settore riceverà un nuovo impulso perché ritornerà in funzione, dopo due anni di fermo, l’acceleratore Lhc (Large Hadron Collider) del CERN di Ginevra, il più sofisticato e potente strumento d’indagine sulla composizione delle particelle.

     Gli altri temi che hanno catturato l’attenzione dell’opinione pubblica, che richiedono approfondimenti e che promettono esiti interessanti sono: le missioni spaziali, con la continuazione della missione Rosetta e l’arrivo della sonda Down sull’asteroide Cerere; l’epidemia del virus Ebola sempre pericolosa e che in Africa ha prodotto circa ottomila morti; la ricerca delle onde gravitazionali ipotizzate da Einstein; i cambiamenti climatici causati dalle attività umane, responsabili di fenomeni metereologici sempre più estremi e catastrofici (ci sono grandi attese per le decisioni di fine anno, durante la Conferenza sul Clima di Parigi); le esplorazioni oceaniche dei fondali e lo studio delle loro particolari forme di vita, senza trascurare l’incessante ricerca di fonti energetiche fossili e forme di energia rinnovabili oppure la ricerca sui materiali semiconduttori e rari indispensabili per apparecchiature elettroniche sempre più sofisticate e miniaturizzate.

Per approfondire: Nature: What to expect in 2015 di Elizabeth Gibney.

Credit mappa dei fondali oceanici: web.tiscali.it (cliccare per ingrandirla).

 

 




2015: anno internazionale della luce

3 01 2015

     L’Assemblea Generale delle Nazioni Unite il 20 dicembre 2013 ha proclamato il 2015 anno internazionale della luce e delle tecnologie basate sulla luce (IYL 2015).

     L’iniziativa è sostenuta dalle principali organizzazioni scientifiche del mondo e il coordinamento degli eventi che saranno organizzati in Italia è affidato alla Società Astronomica Italiana, all’Istituto Nazionale di Astrofisica e alla Società Italiana di Fisica.

     Le tecnologie basate sulla luce hanno dato e stanno dando un contributo fondamentale allo sviluppo e al benessere umano. Basti pensare alle innumerevoli attività che necessitano di luce e illuminazione. Con questa celebrazione, le Nazioni Unite riconoscono l’importanza della luce e delle tecnologie ad essa connesse per la crescita globale e per uno sviluppo sostenibile. L’ONU inoltre, con questa iniziativa si propone di contribuire a:

- ridurre l’inquinamento luminoso e lo spreco di energia;

- promuovere le tecnologie della luce per una migliore qualità della vita anche nei Paesi meno sviluppati tecnologicamente;

- promuovere l’educazione scientifica sulla luce e sul suo uso consapevole.

     La luce come risorsa fondamentale quindi, anche per lo studio, senza trascurarne la composizione, la produzione e l’utilizzo. Ma non si può comprendere appieno l’importanza della luce se non la si collega alla fotosintesi clorofilliana, quell’insieme di reazioni chimiche alla base diretta o indiretta di quasi tutte le forme di vita conosciute. La luce ci permette di vedere anche com’è fatto il nostro pianeta e cosa c’è nel Sistema solare e nell’ Universo “visibile”.

Per saperne di più: http://www.light2015.org/Home/

Un breve video di presentazione sui colori della luce. Un fisico spiega l’importanza e la natura della luce.

La grande bufala di qualche anno fa: i neutrini più veloci della luce!

 

Credit immagine sulla scomposizione della luce: http://astrocultura.uai.it/

Per una migliore visione: cliccare sulle immagini.