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La chimica organica e gli idrocarburi: il carbonio
Il carbonio è l’elemento dell’energia e della vita.
Noto all’uomo sin dall’antichità fu riconosciuto come elemento chimico dallo scienziato francese Antoine-Laurent Lavoisier.
Appunti
Il carbonio è l’elemento dell’energia e della vita. Noto all’uomo sin dall’antichità fu riconosciuto come elemento chimico dallo scienziato francese Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794).
Nella tavola periodica degli elementi lo troviamo nel periodo 2, gruppo IV e numero atomico 6.
I suoi elettroni sono disposti in questo modo: due sul primo livello e quattro nel secondo e per questo tende a formare legami di tipo covalente.
Il carbonio presente negli esseri viventi proviene dall’anidride carbonica che si trova in atmosfera, ma attraverso processi di sintesi chimica si possono formare oltre sei milioni di molecole contenenti questo elemento.
Anche i combustibili più usati (come carbone, petrolio e metano) si basano sul carbonio.
Ma vediamo nello specifico come questo affascinante elemento si lega per la formazione di molecole attraverso lo studio della chimica organica.
Contenuti di questa lezione su: La chimica organica e gli idrocarburi: il carbonio
Cos’è la chimica organica
La chimica organica è detta anche chimica del carbonio perché tutti i componenti che essa studia contengono questo elemento che ha la capacità di formare lunghe catene di atomi. Queste catene possono strutturarsi in modo lineare, presentare ramificazioni laterali o chiudersi ad anello.
Abbiamo visto che il carbonio ha due elettroni nel livello più interno e quattro nel livello più esterno, quindi per legarsi ad altri elementi e raggiungere la stabilità può formare quattro legami.
I legami del carbonio sono legami covalenti che possono essere:
- LEGAMI SEMPLICI in cui condivide due elettroni, uno per ciascun atomo;
- LEGAMI DOPPI in cui condivide quattro elettroni, due per ciascun atomo;
- LEGAMI TRIPLI in cui condivide sei elettroni, tre per ciascun atomo
Gli elementi presenti nella maggior parte dei composti organici sono carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.
I composti organici possono essere:
- COMPOSTI BINARI sono formati da carbonio e idrogeno;
- COMPOSTI TERNARI sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno;
- COMPOSTI QUATERNARI sono formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.
I composti del carbonio sono organizzati in famiglie e ogni famiglia condivide un gruppo funzionale specifico determinando le caratteristiche della molecola:
- ALCOLI gruppo funzionale -OH;
- ACIDI CARBOSILLICI gruppo funzionale –COOH;
- AMMINE gruppo funzionale - NH2;
- CHETONI gruppo funzionale C=O;
- ALDEIDI gruppo funzionale H-C=O.
I legami del carbonio
I legami del carbonio sono legami covalenti che possono essere:
- LEGAMI SEMPLICI in cui condivide due elettroni, uno per ciascun atomo;
- LEGAMI DOPPI in cui condivide quattro elettroni, due per ciascun atomo;
- LEGAMI TRIPLI in cui condivide sei elettroni, tre per ciascun atomo.
Gli idrocarburi
Gli idrocarburi sono formati esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno. Sono la materia prima dalla quale si ricavano i combustibili fossili non rinnovabili.
Il più semplice è il metano (CH4) con una molecola formata da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno. Allungando la catena si formano l’ etano, il propano, il butano e il pentano etc…
Il metano è l’idrocarburo meno inquinante e si trova nel sottosuolo. È un combustibile fossile sviluppatosi per lenta decomposizione di sostanze organiche che vivevano in presenza di acqua.
È un gas infiammabile incolore e insapore utilizzato soprattutto nel riscaldamento domestico e nei veicoli a basso impatto ambientale ( anche se sta per essere surclassato dall’ idrogeno negli impianti innovativi e dall’ energia solare).
Il petrolio è un combustibile fossile composto da una miscela liquida e densa di idrocarburi che si forma in tempi geologici molto lunghi in seguito all’ accumulo sui fondali marini di resti di organismi microscopici decomposti in assenza di ossigeno e sprofondati nel sottosuolo. Si deposita nelle rocce e può risalire spontaneamente oppure artificialmente tramite trivellazioni effettuate dall’uomo.
La tabella degli idrocarburi
Gli alcoli e altri composti organici
Gli alcoli differiscono dagli idrocarburi per la presenza di uno o più gruppi –OH legati al carbonio. Anche i nomi degli alcoli sono simili a quelli degli idrocarburi. L’alcol con un solo atomo di carbonio si chiama metanolo, quello con due etanolo, quello con tre propanolo e così via.
Tra gli alcoli il più noto è l’etanolo o alcol etilico che si ottiene dalla fermentazione degli zuccheri ed è presente nel vino e nelle sostanze alcoliche. Lo stesso composto con aggiunta di sostanze è conosciuto come alcol denaturato e viene utilizzato come disinfettante. È altamente infiammabile e solubile in acqua.
Esistono poi altri composti quali gli acidi carbossilici che sono formati da lunghe catene di atomi di carbonio e differiscono dagli idrocarburi in quanto hanno un carbonio legato a ossigeno e un gruppo OH. I loro nomi terminano con –oico. Quindi avremo l’acido etanoico ( o acido acetico), l’acido metanoico (o acido formico) e così via.
Esistono anche gli acidi grassi saturi e insaturi che sono rispettivamente solidi e liquidi.
Facendo reagire gli acidi grassi con idrossido di sodio o con idrossido di potassio si formano i saponi.
Altri composti organici a elevato peso molecolare sono quelli che formano le materie plastiche che possono essere costituite da polimeri puri o miscelati con additivi.
I polimeri possono essere termoplastici, termoindurenti o elastomeri, ma questi materiali meritano un approfondimento in un capitolo a parte.
La tabella degli alcoli e altri composti organici
