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Numero di massa e numero atomico:

Numero atomico Z e numero di massa A sono due metodi per quantificare quante particelle subatomiche sono presenti nel nucleo di ogni atomo. Il primo riferito ai protoni, il secondo alla somma dei protoni e dei neutroni. Permettono di identificare con sicurezza gli elementi chimici o i diversi isotopi di uno stesso elemento. 

Questi due concetti sono molto utili anche nella lettura della tavola periodica.

NUMERO ATOMICO Z   zX

 indica il numero di protoni (p+) presenti nel nucleo; atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni.

A un determinato numero atomico corrisponde un determinato elemento ed ad ogni elemento corrisponde un determinato numero atomico  tutti gli atomi di azoto hanno numero atomico 7 e il numero atomico 7 è caratteristico dell’atomo di azoto. Nella tavola periodica gli elementi sono ordinati in base all’ordine crescente del numero atomico.

In un atomo neutro il numero di protoni è uguale al numero di elettroni, quindi il numero atomico in questo caso indica anche il numero di elettroni. 

 

NUMERO DI MASSA A  A

indica la somma tra neutroni e protoni (nucleoni). Dal numero atomico si può ricavare il numero di massa una volta noto il numero di neutroni. La formula è A = Z + n (neutroni). Partendo dal nome degli isotopi si può ottenere il numero dei neutroni una volta noti A e Z. 

ISOTOPI atomi con stesso numero atomico Z ma diverso numero di massa A , Il nome dell’isotopo indica proprio il numero di massa: il carbonio-12 ha A pari a 12, il carbonio-13 ha A = 13 e così via.

 

In sintesi, se due atomi hanno Z uguale sono dello stesso elemento. Se hanno anche A uguale fanno parte dello stesso isotopo. Se Z è uguale e A diverso, sono parte di isotopi diversi dello stesso elemento, l’idrogeno ha tre isotopi: prozio, deuterio e trizio che tutti hanno un solo protone ma si differenziano per il numero di neutroni che corrisponde a 1 nel prozio, 2 nel deuterio e 3 nel trizio.

 

conoscendo il numero di massa e quello atomico possiamo calcolare il numero di neutroni n°:

n°= A-Z 

 

esercizio

 

un atomo ha numero atomico  Z=17 e numero di massa  A= 37. Calcolare quanti neutroni ha e a quale atomo corrisponde?

svolgimento

 

n°=A-Z= 37-17=20 quindi il numero di neutroni è 20

consulto la tavola periodica , cerco elemento che ha numero di massa 37 e numero atomico 17 e risalgo al cloro, 17Cl.

 

esercizio

 

un atomo è composto da 26 protoni e 30 neutroni. calcola numero atomico e numero di massa. di che atomo si tratta.

 

svolgimento

numero atomico  Z = 26 numero di protoni

numero di massa  A = p+n = 26 + 30 = 56 

consultando la tavola periodica  risalgo al 26Fe

 

Il numero di massa  se espresso sotto forma di unità di massa atomica (u.m.a.) è uguale al peso atomico. La massa delle due particelle è pressoché uguale, 1,672×10−27 kg per i protoni e 1,674×10−27 kg per i neutroni. Quella degli elettroni invece ammonta a 9,109×10−31 kg, 10.000 volte inferiore e dunque anche trascurabile. L’equivalenza è utile anche per il calcolo delle moli nelle reazioni chimiche.

 

Il nucleo rappresenta quasi l’intera massa dell’atomo, poiché il resto dello spazio è composto dagli orbitali degli elettroni. le particelle negative risultano di massa insignificante rispetto a quelle positive o neutre. La corrispondenza fra peso atomico e numero di massa (oltre che numero atomico) però vale essenzialmente per gli atomi allo stato neutro.

Il motivo è che se per convenzione gli elettroni non contano nel calcolo, occorre che la standardizzazione sia uguale per tutti gli atomi. Allo stato neutro elettroni e protoni sono presenti nello stesso numero. Le forme ioniche invece prevedono che venga perso  acquisito un elettrone, quindi seppur lievissima ci sarà una differenza.

Il raggio atomico può variare, ma la sua massa resterà sempre riferita al nucleo compatto al centro. Maggiore sarà il numero atomico, minore sarà il raggio poiché più protoni equivalgono ad una maggiore attrazione verso il nucleo degli elettroni.  Viceversa, minore sarà Z e maggiore sarà il raggio. In questo non interviene il numero di massa, poiché i neutroni non hanno carica.

Più è alto Z, maggiore sarà anche l’elettronegatività dell’atomo, ossia la sua tendenza ad acquisire elettroni di valenza. Questo perché la forte carica positiva attirerà maggiormente le particelle negative. Un numero atomico inferiore invece corrisponderà a una minore elettronegatività. 

Più protoni nel nucleo significa che anche il potenziale di ionizzazione aumenta di pari passo con l’aumento di Z. Si tratta dell’energia necessaria a togliere un elettrone dall’orbitale più esterno di un atomo. Un numero atomico più alto indica che serve maggiore dispendio di energia. Uno più basso indica minore attrazione fra elettroni e nucleo, più debole da spezzare.

 

numero di massa e numero atomico

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DAL SALICE ALL’ASPIRINA

Il salice è un albero diffuso in tutte le regioni fredde e temperate dell’emisfero settentrionale e noto fin dall’antichità per i suoi molteplici utilizzi: un esempio tra tutti, il salice produce vimine, un materiale impiegato da millenni per la costruzione di oggetti di uso quotidiano come cesti, scope o sedie; la corteccia di salice è invece un materiale utilissimo che in antichità ha trovato applicazioni in ogni campo, dall’accensione del fuoco alla costruzione di canoe.

Ciò che rese il salice fondamentale per la sopravvivenza dei nostri antenati sono le sue proprietà medicinali: la linfa e la corteccia di salice sono infatti ricche di acido salicilico, un composto noto come blando antidolorifico e un buon antinfiammatorio.

Sicuramente raffreddori, dolori e febbri varie erano un bel problema anche per gli antichi Egizi, perché in un’epoca in cui antibiotici e vaccini erano ancora lontanissimi, una febbre troppo alta poteva portare alla morte; qualcuno, però, si accorse che riducendo in poltiglia le foglie di un albero, il Salix Alba, comunemente noto come Salice Bianco o Salice Piangente, era possibile abbassare la febbre e curare i gonfiori.Le foglie e la corteccia del salice sono anche citati in antichi testi medici egizi, come il papiro Edwin Smith.

 Circa 400 anni prima di Cristo, il medico greco Ippocrate si accorse che le foglie del Salice avevano proprietà analgesiche e antipiretiche e le raccomandò alle donne per alleviare i dolori del parto.

Nel medioevo, le venditrici di erbe aromatiche e medicinali somministravano il decotto della corteccia di salice in persone affette da dolore, per abbassare la febbre; sono stati persino inclusi nella farmacopea tedesca.

ma la storia moderna dell’acido salicilico inizia nel 1763 quando il reverendo Edward Stone riferì alla Società Reale di Londra che l’estratto della corteccia di salice si rivelava molto efficace per curare le affezioni febbrili, in particolare nella malaria.condusse un esperimento sorprendentemente moderno e scientifico per l’epoca.

In quel periodo andava per la maggiore la Teoria delle Signature: si credeva, cioè, che il rimedio dovesse assomigliare in qualche modo alla malattia, ad esempio per un male che colpiva lo stomaco, la pianta adatta a curarlo doveva avere una forma che ricordasse l’organo in questione il più possibile.

Basandosi su queste credenze, Stone pensò che la corteccia di Salice, una pianta che cresceva in prossimità di zone paludose, potesse curare una febbre simile alla malaria che aveva colpito molte persone che vivevano proprio in quelle zone, e che potesse avere un effetto simile a quello della corteccia di Cinchona, una pianta già usata per abbassare la febbre, ma molto più costosa.

Preparò, quindi, delle dosi di corteccia di Salice essiccata scelte empiricamente e le somministrò a 50 pazienti ogni quattro ore, documentando il tutto scrupolosamente.

I risultati ottenuti furono talmente buoni che Stone li riportò alla Royal Society di Londra, che però non fece altro che prendere atto del fatto che con questo rimedio la febbre malarica era migliorata.

Gli esperimenti di Stone furono ripresi e convalidati dal Samuel James nel 1792 che raccolse moltissimi dati e informazioni ( che furono utilissimi, in seguito,alla Bayer)1

La scienza andò avanti e nel 1825 il chimico italiano Francesco Fontana isolò per la prima volta la Salicina dal Salice Bianco ; nel 1828 il tedesco  Johann Buchner estrasse dalla corteccia i cristalli amari di Salicina e nel giro di dieci anni chimici francesi erano riusciti a sintetizzare l’Acido Salicilico, notando che era un derivato migliore rispetto alla Salicina stessa, e la cui struttura fu poi identificata da Frederic Kolbe nel 1859.

Insomma, l’Acido Salicilico era ormai disponibile, ma il suo sapore amaro ed effetti collaterali, in particolare il vomito, ne avevano limitato grandemente l’uso.

Dovette intervenire un ambito della chimica apparentemente del tutto slegato dal contesto farmaceutico per portare avanti la storia: l’industria dei coloranti.

Nella seconda metà dell’ottocento, l’industria legata allo sviluppo dei coloranti di sintesi era in grande crescita e moltissimi chimici lavoravano allo sviluppo di nuove molecole organiche modificando quelle già esistenti, e in particolare furono i primi a proteggere queste scoperte tramite brevetti.

La Bayer, azienda tedesca leader nel settore, decise di espandere le proprie aree di interesse anche nell’ambito farmaceutico, utilizzando come base su cui partire il gran numero di molecole che si producevano come sottoprodotti nelle sintesi dei coloranti.

Assunse, quindi, il chimico Felix Hoffman, il quale era mosso anche da interessi piuttosto personali: suo padre era infatti anziano e soffriva di artrite, ma non poteva più prendere l’Acido Salicilico a causa dei forti effetti collaterali. 

Hoffman modificò l’Acido Salicilico attraverso una reazione di acetilazione e ottenne l’Acido Acetilsalicilico:

Somministrò la nuova molecola ottenuta prima a se stesso e poi a suo padre, riportando effetti più che positivi, che condussero la Bayer a testare il prodotto tramite test clinici, in cui si poté notare scientificamente un miglioramento rispetto all’Acido Salicilico usato precedentemente.

Nel 1899 la Bayer mise in commercio il nuovo farmaco con il nome di Aspirina, dalla pianta Osmaria da cui estraevano la Salicina.

Corteccia di salice

Non tutti i salici accumulano sufficiente salicina in quantità tali da risultare terapeutiche: i salici più giovani ne contengono quantità minuscole e la concentrazione di salicina tende a variare fortemente da albero ad albero.

Chimicamente parlando è un β-glucoside, cioè una molecola costituita da uno zucchero legato (in quella che viene chiamata posizione β) con un’altra molecola, in questo caso l’anello aromatico della Saligenina. Non si trova solo nella corteccia del Salice, ma anche nella Viola e soprattutto nell’Olmaria, una pianta della famiglia delle Rosacee.

La Salicina è quella che viene definito un profarmaco, cioè nel nostro organismo non agisce come salicina, ma subisce delle modificazioni chimiche, infatti viene trasformata in Acido Salicilico, ed è questo ad avere la funzione farmacologica e a diventare famoso con il suo nome commerciale: Aspirina.

I ricercatori che hanno studiato approfonditamente la salicina ritengono che le sole proprietà dell’acido salicilico non siano sufficienti a giustificare tutte le proprietà medicinali della linfa dei salici.

E’ possibile che gli effetti dell’acido salicilico siano amplificati dalla presenza di flavonoidi e polifenoli dotati di proprietà antiossidanti e antisettiche: alcuni studi dimostrerebbero come la corteccia di salice sia più efficace dell’aspirina per combattere il dolore e infiammazioni, anche a dosi molto minori rispetto al farmaco.

Come moltissime sostanze naturali, la salicina può avere anche effetti collaterali, che generalmente tendono ad essere di lieve entità. Occorre tuttavia considerare che la corteccia di salice altro non è che una forma “impura” di aspirina e può potenzialmente provocare ulcere, nausea, vomito, sanguinamento dello stomaco e problemi renali nel caso di reazioni avverse (per condizioni pre-esistenti o altre ragioni) o allergiche.

La corteccia di salice contiene una discreta dose di tannini, sufficiente per l’impiego come cicatrizzante o per la concia della pelle. Gli stessi tannini possono tuttavia essere indigesti e provocare reazioni collaterali spiacevoli.

E’ inoltre sconsigliata la somministrazione ai minori di 16-18 anni in quanto potrebbe causare, come per l’aspirina, l’insorgenza di una malattia rara ma potenzialmente fatale chiamata Sindrome di Reye. 

Forse attraverso una serie di tentativi spesso fallimentari, i nostri antenati giunsero alla conclusione (dimostrata millenni dopo dalla scienza) che 2-3 grammi di corteccia di salice secca sono la dose giornaliera appropriata per ridurre al minimo gli effetti negativi nella maggior parte dei casi e trarre beneficio dalle proprietà medicinali della salicina.

Questo dosaggio corrisponde a circa 60-120 mg di salicina, sufficiente ad ottenere gli stessi effetti di un’aspirina.

I nostri antenati utilizzavano la corteccia di salice preparandola in questo modo:

  • Identificare un salice adulto. Salice nero e bianco sono ideali per la loro corteccia ricca di salicina;
  • Incidere un rettangolo nella corteccia avendo cura di non andare troppo in profondità per non danneggiare eccessivamente l’albero, ma di estrarre anche la polpa bianca dietro alla scorza superficiale;
  • Eliminate eventuali pezzi di polpa dal colore rosato, contengono quantità irrisorie di salicina.
  • I frammenti di corteccia vengono fatti bollire per una ventina di minuti in acqua, fino ad ottenere un colore rossastro;
  • Filtrare dai residui solidi il liquido ottenuto, e se possibile strizzare i residui in un filtro per spremere ogni goccia di liquido rimasto.
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L’atomo

Con il termine atomo si indica la parte più poiccolo in cui si può suddivide un elemento senza che perde la sue proprietà caratteristiche. L’atomo si divide in particelle subatomiche più piccole , che possiamo immaginare come i mattoni con i quali sono coste gli atomi, cioè sono uguali per forma e struttura nei diversi elementi. 

Negli Atomi si distingue una regione centrale il nucleo, costituito da protoni , con carica positiva, e i neutroni, senza carica elettrica e una parte esterna nella quale si trovano gli elettroni, con carica negativa.

In un atomo gli elettroni ruotano intorno al centro(nucleo)  formato da particelle cariche positivamente e particelle neutre

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Atomi e molecole

Tutta la materia che ci circonda è formata da piccolissime particelle in continuo movimento, gli atomi o molecole.ùgli ATOMI sono le particellle singole piu semplici, mentre le molecole sono formate da due o piu atomi uguali o diversi :

Gli atomi sono composti da un nucleo centrale formato da protoni e neutroni, con elettroni che orbitano attorno ad esso. Questa struttura atomica è la base fondamentale della materia e delle reazioni chimiche che avvengono continuamente intorno a noi. Le molecole, d’altra parte, possono formare una vasta gamma di sostanze, dalle più semplici alle complesse, e sono responsabili delle varie proprietà dei materiali che incontriamo nella nostra vita quotidiana. La comprensione di queste particelle elementari è cruciale per la scienza moderna e per la nostra comprensione del mondo che ci circonda.

fig. rappresentazione particellare.
Colori e dimensioni diverse indicano atomi diversi.

Caratteristiche di un SINGOLO ATOMO o di una SINGOLA MOLECOLA:

  • hanno sempre lo stesso volume, un atomo se riscaldato non diventa piu grande, ma la dilatazione avviene perché le particelle si allontanano tra loro,
  • hanno sempre la stessa massa,
  • non si deformano, anche se sottoposte a forte pressione,
  • hanno proprietà chimiche,
  • non hanno proprietà fisiche, un atomo di Ferro non è attratto da una calamita, un atomo di oro non è giallo. queste proprietà sono dovute ad interazioni tra più aomi,
  • non sono né liquidi, né solidi , né gassosi,
  • sono in continuo movimento

Gli atomi sono rappresentati da simboli :

Gli atomi costituiscono la base fondamentale della materia e vengono rappresentati da simboli unici che li distinguono tra loro. Questi simboli, spesso derivati dai loro nomi in latino, permettono agli scienziati di identificare e comunicare in modo preciso riguardo agli elementi chimici. Ad esempio, l’atomo di idrogeno è rappresentato dal simbolo “H”, mentre l’ossigeno è rappresentato da “O”. Questa convenzione nella rappresentazione degli atomi è un pilastro della chimica moderna e permette di comporre in maniera accurata le formule di composti e molecole, contribuendo allo sviluppo della scienza e della tecnologia.

Ca calcio si legge “ci-a”

C carbonio 

Cl cloro

Al alluminio

F fluoro

Fe ferro

Br bromo

O ossigeno

Zn zinco

H idrogeno

P fosforo

K potassio

S zolfo

N azoto

Mn manganese

Cu rame

Na sodio

Il modo in cui i vari atomi si combinano per formare molecole è di fondamentale importanza nello studio della chimica. Le formule molecolari forniscono informazioni sia qualitative che quantitative sulle molecole, consentendo agli scienziati di comprendere meglio la composizione e la struttura della materia. Le formule chimiche mostrano quali atomi costituiscono una particolare molecola e quante unità di ciascun tipo di atomo sono presenti all’interno di essa. Questa rappresentazione dettagliata è cruciale per comprendere il comportamento e le proprietà delle sostanze chimiche, nonché per svolgere calcoli accurati in relazione alle reazioni chimiche e alla composizione delle sostanze. Pertanto, le formule chimiche sono strumenti fondamentali per lo studio e la comprensione della chimica a livello microscopico e macroscopico.

O₂ molecola di ossigeno formata da due molecole di O

H₂O molecola di acqua : due molecole di H e una di O

CH₄ molecola di metano : una di C e quattro di H

ATTENZIONE ALLA LETTERA MAIUSCOLA E MINUSCOLA!!

4Co 4 atomi di cobalto

4CO 4 molecole di CO (monossido di carbonio)