Le trasformazioni chimiche

Le trasformazioni chimiche

Glossario

Combustione: reazione chimica che sviluppa calore. Per ottenere questa reazione sono necessari tre elementi: il combustibile, il comburente ed il calore.

Respirazione cellulare: l'energia chimica rilasciata dalla demolizione delle molecole di cibo, come il glucosio, e l'immagazzinamento dell'energia potenziale in una forma che le cellule possono utilizzare per compiere lavoro. Essa comprende la glicolisi, il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni.

Glicolisi: la trasformazione di una molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico; è, in tutti gli organismi, la prima tappa della respirazione cellulare che avviene nel citoplasma.

Ciclo di Krebs: ciclo metabolico formato dopo la glicolisi nella respirazione cellulare. Esso avviene nella matrice mitocondriale e fornisce la maggior parte delle molecole di NADH che portano l'energia alle catene di trasporto degli elettroni.

Catena di trasporto degli elettroni: sequenza di molecole trasportatrici di elettroni che liberano energia utilizzata per produrre ATP. Essa è localizzata sulle creste mitocondriali.

ATP: L'adenosintrifosfato (ATP) è un ribonucleotide trifosfato formato da una base azotata (adenina), da uno zucchero pentoso (ribosio) e da tre gruppi fosfato. Rappresenta un composto ad alta energia richiesto dalla stragrande maggioranza delle reazioni metaboliche endoergoniche.

C₆H₁₂O₆ + O₂ ---------> CO₂ + H₂O + ATP

Primo esperimento

Riferimento teorico relativo al primo esperimento

La reazione di combustione viene studiata dal chimico francese Lavoisier. Oltre la luce ed il calore i prodotti di una combustione sono l'anidride carbonica (CO₂) e l'acqua (H₂O). Anche la nostra respirazione è una combustione. Infatti noi assumiamo ossigeno (O₂) ed emettiamo anidride carbonica (CO₂). Si tratta però di una combustione lenta in quanto le cellule devono mantenere costante la propria temperatura per non denaturare le cellule.

Domanda:

Cosa viene liberato in una combustione?

Scopo:

Osservazione di una combustione e collegamento con ciò che si verifica all'interno della cellula

Materiale utilizzato

Stoppino di una candela formato da cellulosa, ovvero da un polimero del glucosio.

Becker

Accendino

Esperimento

Si accende lo stoppino della candela e lo si racchiude in un becker. Notiamo che la fiamma si spegne in quanto viene meno il comburente, l'ossigeno (O₂), e pertanto si libera anidride carbonica (CO₂). Notiamo anche come il vetro del becker per condensazione si appanna poiché il vapore acqueo creato si attacca alle pareti del becker. Tale vapore si trasformerà in acqua (H₂O).

Carta + O₂ ----------> CO₂ + H₂O

Conclusione

I prodotti generati dalla combustione sono l'energia termica e luminosa, cosi come l'anidride carbonica (CO₂)e l'acqua (H₂O).

Nel nostro corpo si verifica la medesima reazione: la respirazione cellulare infatti potrebbe essere considerata come una combustione lenta. Parte dell'energia liberata dal glucosio nella respirazione cellulare è dispersa sotto forma di calore e una quantità consistente viene convertita in energia chimica contenuta dalle molecole di ATP. Essa corrisponde inoltre ad uno scambio di gas in quanto un organismo assume dall'ambiente ossigeno (O₂) e libera anidride carbonica (CO₂)   

Secondo esperimento

Riferimento teorico relativo al secondo esperimento

Carbonato di calcio (CaCO₃) : famoso calcare, nonché sale utilizzato per scoprire la durezza dell'acqua. Esso è insolubile e pesante.

Domanda:

L'anidride carbonica è reattiva?

Materiale utilizzato:

Sostegno con morsetto, ampolla di vetro, raccordo di gomma e tubicino a squadra.

Provetta collegata al tubicino

Sostanze utilizzate:

Bicarbonato di sodio ----> NaHCO₃

Acqua di calcio ----> Ca (OH)₂

Acido cloridrico  ----> HCl

Esperimento

Nell'ampolla di vetro versiamo del bicarbonato di sodio (NaHCO₃), mentre nella provetta dell'acqua di calcio Ca(OH)₂. Aggiungiamo al bicarbonato di sodio dell'acido cloridrico (HCl). Si forma un'effervescenza e si libera anidride carbonica (CO₂) che si diffonde nella provetta provocando in essa una turbolenza.

NaHCO₃ + HCl -------> CO₂ + altre sostanze

Ca(OH)₂ + CO₂ -------> CaCO₃

Ca(OH)2 + CO2 -------> CaCO3

NaHCO3 + HCl -------> CO2

CO2

Conclusione

L'acqua di calcio, a contatto con l'anidride carbonica, diventa opaca e lattiginosa in quanto si è formato il carbonato di calcio (CaCO₃) che precipita perché è insolubile.

Lo stesso esperimento può essere svolto con un'altra fonte di anidride carbonica non proveniente da reazioni quale l'aria da noi emessa. Se infatti soffiamo all'interno di una provetta contenente acqua di calcio attraverso un tubicino, otteniamo lo stesso risultato dell'esperimento sopra descritto, cioè l'acqua di calcio si trasforma in carbonato di calcio.

Terzo esperimento

Riferimento teorico relativo al terzo esperimento:

Legge di Lavoisier: la materia non si crea, non si distrugge ma si trasforma.

Scopo: Identificazione del gas anidride carbonica (CO₂)

Domanda:

E' possibile separare l'ossigeno (O₂) dal carbonio (C) che proviene dallo stoppino?

Materiale utilizzato

Stoppino di una candela

Accendino

Vetrino

Esperimento

Vetrino

Si accende lo stoppino di una candela e si copre la fiamma con un vetrino. Notiamo come esso diventi di color nero carbone. La sostanza che dà questo colore al vetrino è il carbonio puro (C6H12O6)

Conclusione

Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma. Inoltre il carbonio (C), a contatto con l'ossigeno (O₂), diventa ossido di carbonio (CO), sostanza nociva e letale.

Quarto esperimento

Riferimento teorico relativo al quarto esperimento

Catalizzatore: composto in grado di modificare la velocità di una reazione chimica senza essere consumato alla fine della reazione stessa. La modifica corrisponde ad un aumento di velocità, e l'effetto è tale da rendere possibili reazioni che in condizioni normali non procederebbero in maniera apprezzabile

Catalasi: enzima che catalizza la demolizione dell'acqua ossigenata in acqua e ossigeno. Tali enzimi hanno la capacità di proteggere i tessuti dai perossidi, cioè da quei composti chimici che si formano nel corso di processi ossidativi e che sono in grado di agire come tossici sulle cellule alterandone importanti funzioni vitali.

Scopo: Identificazione dell'ossigeno (O₂)

Materiale utilizzato

Provetta

Fuscello di legno

Accendino

Sostanze utilizzate

Acqua ossigenata ----> H₂O₂

Biossido di manganese  ----> MNO₂

Esperimento

All'interno di una provetta si aggiunge, a del biossido di manganese (MNO₂), dell'acqua ossigenata (H₂O₂). Avviene in tal modo una reazione di decomposizione ed esotermica poiché viene liberato ossigeno (O₂) che si è separato dall'idrogeno (H).

Se accendiamo l'estremità di un fuscello e lo inseriamo all'interno della provetta osserviamo che la fiamma si ravviva.

MNO2 + H2O2

MNO2

Conclusione

L'ossigeno, contrariamente all'anidride carbonica che spegne la fiamma, la ravviva. Inoltre notiamo come il biossido di manganese sia un catalizzatore in quanto ha accelerato la velocità della reazione. Lo stesso avviene nei perossisomi che inviano un enzima catalizzatore che rompe l'acqua ossigenata in acqua e ossigeno.

MNO₂

H₂O₂ --------> H₂O + O