LA CHIMICA DEL CARBONIOLA CHIMICA DEL CARBONIOE’ QUELLA PARTE DELLA CHIMICA CHE STUDIA

IL CARBONIO E TUTTI I SUOI DERIVATI.

I COMPOSTI DEL CARBONIO POSSONO ESSERE

NATURALI (PROTEINE, ACIDI NUCLEICI, LIPIDI E

CARBOIDRATI)…

colesterolocolesterolo

glucosioglucosio

emoglobinaemoglobina

DNADNA

… O ESSERE PRODOTTI DI SINTESI (MATERIE PLASTICHE, PRODOTTI

FARMACEUTICI, SOSTANZE ALIMENTARI, CARBURANTI)

aspirinaaspirina

anfetaminaanfetamina

pvcpvc

CARBONIOCARBONIOIL CARBONIO È IL PRIMO ELEMENTO DEL IV GRUPPO PRIMO ELEMENTO DEL IV GRUPPO

DELLA TAVOLA PERIODICA:DELLA TAVOLA PERIODICA:CONFIGURAZIONE ELETTRONICA s2p2

POSSIBILITÀ DI FORMARE 4 LEGAMI COVALENTI

E’ MOLTO DIVERSO DAL SILICIO (GRUPPO IV), CHE COMPONE PREVALENTEMENTE LA SUPERFICIE TERRESTRE SOTTO FORMA DI SILICATI (SIO2) E SABBIA; E CHE COME IL CARBONIO È PRESENTE IN NATURA IN MOLTI COMPOSTI;

IL CARBONIO FORMA MOLTI PIÙ DOPPI LEGAMI IL CARBONIO FORMA MOLTI PIÙ DOPPI LEGAMI RISPETTO AL SILICIO

(IL BIOSSIDO DI CARBONIO È UN GAS MENTRE IL BIOSSIDO DI SILICIO È UN SOLIDO);

coco22 quarzoquarzo

ANCHE I DOPPI LEGAMI C=CC=C E I TRIPLI LEGAMI C≡CC≡C, ANCH’ESSI MOLTO DIFFUSI, SONO MOLTO STABILI.

Elenco dei possibili Elenco dei possibili legami che il legami che il carbonio può carbonio può formare con un formare con un altro carbonio o altro carbonio o con altri elementi con altri elementi (N, C, H) .(N, C, H) .

LE IBRIDAZIONI DEGLI ORBITALI s E pLE IBRIDAZIONI DEGLI ORBITALI s E pL’IBRIDAZIONEL’IBRIDAZIONE spsp33

CARATTERISTICA DEGLI ALCANI, I 109° TRA GLI ORBITALI CONSENTONO AGLI ATOMI DI CARBONIO SOLO LEGAMI SEMPLICI (SOLO LEGAMI SEMPLICI (σσ))

GLI ORBITALI IBRIDIORBITALI IBRIDI HANNO ENERGIA INTERMEDIA, MAGGIORE DELL’ORBITALE 2s2sE INFERIORE ALL’ORBITALE 2p2p

L’IBRIDAZIONE spL’IBRIDAZIONE sp2 2 e e spspATOMI DI

CARBONIO CON IBRIDAZIONE spIBRIDAZIONE sp22

POSSONO FORMARE FRA LORO DOPPI

LEGAMI(CARATTERISTICI DEGLI ALCHENIALCHENI)Formazione del Formazione del

doppio legamedoppio legame

Formazione del Formazione del triplo legametriplo legame

GLI IBRIDI IBRIDI spspCONSENTONO DI

FORMARE LEGAMI TRIPLI

(CARATTERISTICI DEGLI ALCHINIALCHINI)

FORME ALLOTROPICHE DEL CARBONIOFORME ALLOTROPICHE DEL CARBONIO

IL CARBONIO IN NATURA E’ PRESENTE IN TRE DIVERSE FORME ALLOTROPICHE:

LA GRAFITELA GRAFITE

IL DIAMANTEIL DIAMANTE

IL FULLERENEIL FULLERENE

LE PROPRIETA’ E GLI USI DELLE DIVERSE FORME SONO IN RELAZIONE CON LE LORO STRUTTURE MOLECOLARI.

LA GRAFITELA GRAFITEL’IBRIDAZIONE TIPICA DELLA GRAFITE È spsp22

I LEGAMI TRA ATOMI DI CARBONIO FORMANO

ESAGONI REGOLARIESAGONI REGOLARI DISPOSTI IN STRATI PLANARI

(FORZE DI VAN DER WAALS)

SIMILE AL “MARE DI ELETTRONI”SIMILE AL “MARE DI ELETTRONI”

Struttura cristallograficaStruttura cristallografica

SCURA, OPACA, CON UNA LUCENTEZZA METALLICA, HA NOTEVOLE

CONDUCIBILITÀ ELETTRICACONDUCIBILITÀ ELETTRICA NELLA DIREZIONE PARALLELA AI PIANI

ED HA PROPRIETÀ LUBRIFICANTI;

LA GRAFITE È PRODOTTA IN NATURA PER TRASFORMAZIONI DI

SEDIMENTI ORGANICI E PUÒ ESSERE PRODOTTA ANCHE

INDUSTRIALMENTE RISCALDANDO IL CARBONE COKE A

TEMPERATURA ELEVATE.

IL DIAMANTEIL DIAMANTE

Struttura cristallograficaStruttura cristallografica

OGNI ATOMO DI CARBONIO È LEGATO COVALENTEMENTE AD ALTRI

QUATTRO POSTI AI VERTICI DI UN TETRAEDRO REGOLARE MEDIANTE

LEGAMI LEGAMI σ σ CON IBRIDAZIONE CON IBRIDAZIONE spsp33;

LA LUNGHEZZA DI LEGAME È PARI A 1.54 Å;

E’ UN SOLIDO RIGIDO, TRASPARENTE ED ISOLANTE, IN NATURA È

IL MATERIALEIL MATERIALE PIÙ DUROPIÙ DURO ED E’ ANCHE IL MIGLIOR CONDUTTORE DI CALORECONDUTTORE DI CALORE;

E’ PRODOTTO DALL’ALTA PRESSIONE PRESENTE NEI CAMINI VULCANICI;

MA E’ POSSIBILE OTTENERE ANCHE DIAMANTI SINTETICI.

IL FULLERENE CIL FULLERENE C6060

Struttura cristallograficaStruttura cristallografica

LA STRUTTURA È STATA INDIVIDUATA PER LA PRIMA VOLTA NEL 1985INDIVIDUATA PER LA PRIMA VOLTA NEL 1985

È SIMILE AD UN GEODE

(DISEGNATO PER LA PRIMA VOLTA DA BUCKIMINSTER FULLER 1895-1983)

OGNI CARBONIO È CIRCONDATO DA ALTRI 3 CARBONIOGNI CARBONIO È CIRCONDATO DA ALTRI 3 CARBONI CHE DANNO

ORIGINE A 5 O 6 ANELLI, I LEGAMI CHE SI FORMANO SONO SIMILI A

QUELLI PRESENTI NELLA GRAFITE;

I FULLERENI SONO STATI SCOPERTI NELLE POLVERI DI CARBONIO.

I COMPOSTI DEL CARBONIOI COMPOSTI DEL CARBONIO

IL CARBONIO FORMA VARI OSSIDI, I PIU’ IMPORTANTI SONO:

•• L’OSSIDO (CO)L’OSSIDO (CO)

ALTAMENTE TOSSICO PER L’ORGANISMO

PUÒ FORMARE ANCHE COMPOSTI IMPORTANTI CON I METALLI DI TRANSIZIONE (NI(CO)4 )

È UNA BASE DI LEWISBASE DI LEWIS ED È PARTICOLARMENTE REATTIVA

REAGISCE ESOTERMICAMENTE CON L’O2 DANDO

DIOSSIDO DI CARBONIODIOSSIDO DI CARBONIO:

CO + O2 CO2 ∆H° = -283 kJ/mol21

••IL DIOSSIDO (COIL DIOSSIDO (CO22) ) – ANIDRIDE CARBONICA

TRA I DIOSSIDI DEGLI ELEMENTI DEL GRUPPO 14 È L’UNICO COMPOSTO COMPOSTO VOLATILEVOLATILE, MENTRE SiO2, GeO2, SnO2, PbO2 SONO TUTTI SOLIDI

È SOLUBILE IN ACQUA; PUÒ ESSERE CONSIDERATO COME L’ANIDRIDE

DELL’ACIDO CARBONICO:

H2O + CO2 H2CO3(aq)

LA SOLUBILITÀ IN ACQUA È CIRCA 0,034 M

SOLO LO 0.37% È IN FORMA DI HSOLO LO 0.37% È IN FORMA DI H22COCO33

IL RESTANTE 99.63% È IN FORMA DI MOLECOLA DI COIL RESTANTE 99.63% È IN FORMA DI MOLECOLA DI CO22

LA COSTANTE DI PRIMA IONIZZAZIONE DELL’ACIDO CARBONICO È:

[H+] [HCO3-]

[H2CO3]OVE [H2CO3] INDICA LA CONCENTRAZIONE TOTALE

DI QUASI TUTTE LE SPECIE NEUTRE, H2CO3 E CO2.

= 4.4*10-7

POICHÉ CO2 È LA SPECIE PREVALENTE LA COSTANTE DI EQUILIBRIO PUÒ ESSERE SCRITTA:

[H+] [HCO3-]

[CO2]L’EQUILIBRIO COCO22--CARBONATICARBONATI--BICARBONATIBICARBONATI SVOLGE UN RUOLO

FONDAMENTALE NEI CONFRONTI DEL POTERE TAMPONE O ALCALINITÀ NELL’AMBIENTE

INOLTRE CO2/ CO32-/ HCO3

-

(CARBONATI) HANNO

IMPORTANTISSIME ATTIVITÀ BIOLOGICHEIMPORTANTISSIME ATTIVITÀ BIOLOGICHE:

•INTERAZIONE CON EMOGLOBINA

•TAMPONARE IL SANGUE

•EQUILIBRIO CHEMIOSMOTICO

= 4.4*10-7

COCO22/ CO/ CO3322--/ HCO/ HCO33

-- (CARBONATI)(CARBONATI)HANNO ANCHE IMPORTANTISSIME ATTIVITÀ GEOCHIMICHE:- ZOOXANTALLE, ciclo del calcio CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2

- FORMAZIONI CALCAREE

Formazioni calcareeFormazioni calcaree

Proporzione di COProporzione di CO22/ CO/ CO3322--/ HCO/ HCO33

-- al al variare del variare del pHpH

Ciclo del calcio in animali mariniCiclo del calcio in animali marini

Termina

Da capo

Cattedra di ChimicaCattedra di ChimicaUniversità di BresciaUniversità di Brescia

orbitali

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