Chimica appunti

Introduzione alla Chimica
La CHIMICA è la scienza che si occupa di descrivere la materia e le sue leggi.
Nasce nel XIX secolo con la teoria atomica di Dalton.



Le prime nozioni

Materia
Ciò che possiede: Volume, Massa, Energia.


ATOMI
Tutti gli atomi sono formati da particelle subatomiche:
- protone (carica positiva)
- neutrone: non possiede carica elettrica e stessa massa del protone.
- elettrone (carica negativa)

Gli atomi sono costituiti da:
nucleo (una massiccia parte centrale positiva, di protoni e neutroni)
nuvola di elettroni (orbitano attorno al nucleo).

Normalmente un atomo possiede tanti elettroni quanti protoni, per cui, risulta neutro.

Gli atomi si legano tra loro a formare i diversi composti chimici



ELEMENTI E COMPOSTI

Gli atomi hanno un numero di protoni che va da 1 a 92 che corrispondono a diversi elementi (le sostanze materiali più semplici o elementari che legandosi formano i composti).

Il numero atomico (Z): viene posto in basso a sinistra del simbolo dell'elemento e indica il numero di protoni nel nucleo.
il numero di massa (A): viene posto in alto a sinistra del simbolo dell’elemento e indica il numero di protoni (Z) e di neutroni (N) contenuti nel nucleo.



ISOTOPI

Elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa.
Alcuni isotopi sono instabili, sono cioè soggetti a decadimento radioattivo (radioisotopi). Il decadimento radioattivo comporta l'emissione di particelle energetiche con trasformazione degli isotopi instabili in isotopi di elementi diversi.



LA TABELLA PERIODICA

I 92 tipi di atomi o elementi sono stati ordinati in una tabella in ordine di numero atomico crescente, dal più leggero, l'Idrogeno, al più pesante, l'Uranio.

Spostandosi lungo una linea orizzontale (periodo) il numero atomico cresce di una unità per volta e le proprietà chimiche variano con continuità.

Scendendo lungo una colonna (gruppo) il numero atomico cresce di parecchie unità per volta, ma le proprietà chimiche rimangono praticamente costanti.



LIVELLI ENERGETICI ED ORBITALI

Gli elettroni orbitano intorno al nucleo su 4 tipi di orbitali di forma diversa, indicati con le lettere s, p, d, f. Ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni.

Gli elettroni possono sistemarsi solo a certe distanze dal nucleo, formando così una sorta di strati o gusci elettronici, a ciascuno dei quali compete una certa energia caratteristica, detta livello energetico.

Nel primo livello energetico, quello più vicino al nucleo, possono essere ospitati non più di 2 elettroni (vi è solo un orbitale s)

Nel secondo livello energetico altri 2 elettroni come in precedenza più altri 6. Si tratta in realtà di due sottolivelli il primo con 2 elettroni (1 orbitale s) ed il secondo con 6 elettroni (3 orbitali p) per un totale di 8 elettroni.

Nel terzo livello 2 + 6 + 10 elettroni (3 sottolivelli: 1 orbitale s + 3 orbitali p + 5 orbitali d) per un totale di 18 elettroni.

Nel quarto livello 2 + 6 + 10 + 14 elettroni (4 sottolivelli: 1 orbitale s + 3 orbitali p + 5 orbitali d + 7 orbitali f) per un totale di 32 elettroni.

I livelli successivi presentano al massimo 4 sottolivelli.

Gli atomi utilizzano gli elettroni del loro livello energetico più esterno (elettroni superficiali o elettroni di valenza) per interagire tra loro. Atomi di elementi diversi che presentino la medesima configurazione elettronica superficiale (il medesimo numero di elettroni sul loro ultimo livello) manifestano quindi caratteristiche chimiche simili.



SIMBOLOGIA CHIMICA

Ogni elemento chimico viene convenzionalmente indicato con un simbolo chimico di una o due lettere, di cui la prima maiuscola.

Quando due o più atomi si uniscono si parla di molecola. Se una molecola è formata da atomi dello stesso elemento si parla di sostanza semplice o elementare.

L'indice posto in basso a destra indica il numero di atomi legati a formare una molecola. Quando non è presente è sottinteso l'indice 1.

Se una molecola è formata da atomi di elementi diversi si parla di composto.

Le formule chimiche brute o grezze ci informano solo sul numero di atomi di ciascun elemento che entrano a far parte di una sostanza. Invece per descrivere il modo in cui gli atomi si legano tra loro si utilizzano delle barrette per evidenziare il legame chimico tra gli atomi (formule di struttura).

Quando si scrive una reazione chimica le sostanze che reagiscono (reagenti) vengono separate dalle sostanze che si formano (prodotti di reazione) dal segno di reazione (→).
Sia i reagenti che i prodotti di reazione sono preceduti da un numero, detto coefficiente stechiometrico, che indica il numero di molecole che partecipa alla reazione. Il coefficiente 1 è sottinteso.

2H2 + O2 → 2H2O

Due molecole di idrogeno (biatomico) reagiscono con una molecola di ossigeno (biatomico) per dare due molecole di acqua. Una reazione in cui compaiano i corretti coefficienti stechiometrici si dice “bilanciata”.

Durante la reazione non si possono creare e non possono sparire atomi.



IL PESO (MASSA) DEGLI ATOMI E DELLE MOLECOLE

Il dalton o unità di massa atomica (uma o u) viene definito come 1/12 (un dodicesimo) della massa del C-12 ed è pari a 1,6605.10-24 g.
Si definisce peso atomico (o molecolare) relativo il rapporto tra la massa di un atomo (o di una molecola) e 1/12 della massa del Carbonio-12. Unità di misura: Il dalton o unità di massa atomica (uma o u).
I pesi atomici relativi sono tabulati nella tabella periodica.

Un’altra unità di misura, usata per esprimere quantità macroscopiche di materia, è la mole.
1 mole di una sostanza è pari al suo peso relativo espresso in grammi.
Così una mole di ossigeno gassoso O2 è pari a 32 g di ossigeno (il peso relativo è 16 + 16 = 32 u).

Una mole di una qualsiasi sostanza ha la proprietà notevole di contenere sempre lo stesso numero di particelle, detto numero di Avogadro, pari a 6,022.1023.
Il vantaggio sta nel fatto che ora possiamo misurare e far reagire quantità macroscopiche e facilmente misurabili di materia (4 g di idrogeno e 32 g di ossigeno).



STATI DI AGGREGAZIONE

Gli stati della materia dipendono da pressione e temperatura

Solido
passaggi di stato:
- fusione: solido - liquido
- sublimazione: solido - gassoso

Liquido
passaggi di stato:
- evaporazione: liquido - gassoso
- solidificazione: liquido - solido

Gassoso
(Legge di stato dei gas perfetti: PV=nRT) passaggi di stato:
- condensazione: gassoso - liquido
- brinamento: gassoso - solido


COMPOSTI INORGANICI
non includono carbonio (tranne alcuni casi es: CO2) ma necessari alla vita (es. H2O)

COMPOSTI ORGANICI
includono la quasi totalità dei composti del carbonio. (Chimica del carbonio)


Legame
IL LEGAME CHIMICO
forza di attrazione che mantiene uniti tra loro atomi e molecole:

- ATOMI
legami intra-molecolari - interazioni forti (che formano molecole):

legame ionico
forza di attrazione elettrostatica tra atomi con elevata differenza di elettronegatività
è un legame chimico di tipo elettrostatico tra ioni aventi carica opposta.
I composti che presentano questo tipo di legame si dicono composti ionici.
Questo legame genera strutture cristalline.
Le sostanze ioniche, poste in acqua si dissociano negli ioni costituenti.
In acqua quindi le sostanze ioniche non sono presenti come molecole, ma come ioni.
In tutte le soluzioni acquose che costituiscono gli esseri viventi e nelle cellule in particolare, si trovano ioni di interesse biologico quali appunto: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- etc.
Si dicono ioni, atomi elettricamente carichi, positivamente o negativamente. Uno ione positivo o catione si forma per perdita di uno o più elettroni. Gli ioni negativi o anioni sono atomi che hanno acquistato uno o più elettroni.

legame covalente
compartecipazione di due elettroni appartenenti ad ambedue gli atomi (omeopolare atomi uguali e eteropolare atomi diversi). Se la coppia di elettroni proviene da un solo atomo, è definito dativo.


- MOLECOLE
legami inter-molecolari - interazioni deboli
Le molecole polari sono soggette ad ulteriori legami deboli intermolecolari, di reciproca attrazione elettrostatica, tra i poli opposti delle molecole stesse, detti legami dipolo-dipolo (o interazioni dipolo-dipolo):

legame idrogeno
tra atomo di idrogeno e 2 atomi elettronegativi appartenenti a molecole diverse (es.: F, O, N). Nell’acqua Struttura Tetraedrica.

forze di van der waals e di london
i più deboli. legame in cui un dipolo indotto (cioè in cui viene a formarsi al suo interno una separazione delle cariche) induce un altro dipolo a caricarsi elettricamente.




Una reazione avviene con liberazione di energia (reazione esoergonica) se i legami che si spezzano sono più energetici dei legami che si formano.
Se al contrario una reazione avviene con assorbimento di energia (reazione endoergonica), i legami che si spezzano sono meno energetici dei legami che si formano.

Reazioni e Soluzioni
REAZIONI CHIMICHE

Le sostanze che partecipano ad una reazione chimica sono:
reagenti SX
prodotti DX (quelle che si formano)

Durante le reazioni, atomi, molecole e ioni interagiscono tra loro e si riassestano per formare nuove sostanze.

Regole delle equazioni chimiche:
1) I reagenti sono separati dai prodotti da una freccia che indica la direzione della reazione; una doppia freccia indica che la reazione è reversibile cioè che può procedere sia verso destra che verso sinistra e che esiste un equilibrio tra i reagenti e i prodotti.
2) I reagenti sono scritti a sinistra mentre i prodotti a destra della freccia. Un segno + è posto tra i diversi reagenti e prodotti.
3) Le condizioni necessarie per far procedere la reazione possono essere scritte sopra o sotto la freccia. Ad esempio, un segno "delta" sopra la freccia indica che la reazione richiede calore.
4) I coefficienti (numeri interi) posti davanti alle formule delle sostanze (ad es. 2 H2O) indicano il numero di unità (atomi, molecole, ioni o moli ) di ogni sostanza che partecipa alla reazione. Il coefficiente 1 si sottointende.

bilanciamento delle equazioni chimiche
Per rappresentare i rapporti quantitativi tra le sostanze che partecipano ad una reazione è necessario bilanciare l'equazione, occorre cioè fare in modo che essa contenga lo stesso numero di atomi di ciascuno elemento sia a destra (prodotti) che a sinistra (reagenti) della freccia. Questo si effettua in accordo con il principio di conservazione della massa.

stechiometria
è il ramo della chimica che studia le relazioni numeriche fra elementi e composti e le proporzioni secondo le quali gli elementi e i composti si combinano e prendono parte alle reazioni chimiche.

KEP
Costante di equilibrio varia con temperatura e pressione.


Teoria delle collisioni
Le reazioni avvengono quando gli urti tra le molecole dei reagenti diventano efficaci (quando l’energia cinetica supera la barriera energetica detta energia di attivazione).

Catalizzatori
Atomi, molecole o enzimi che nelle reazioni biologiche aiutano a superare la barriera di energia di attivazione.

Le reazioni si definiscono
In fase omogenea tra reagenti della stessa fase (liquido – liquido)
In fase eterogenea tra reagenti in fase diversa (liquido – gas)

STATO LIQUIDO
Biologicamente il più importante perché intermedio.
Tensione di vapore: Proprietà dello stato liquido in sistema chiuso di raggiungere un equilibrio dinamico tra le molecole allo stato liquido e quello gassoso. La pressione del gas è ben definita.
SOLUZIONI
Una soluzione è un sistema omogeneo di due o più componenti, in cui i componenti sono presenti allo stato atomico o molecolare e risultano pertanto inosservabili.
solvente la sostanza presente in quantità maggiore
soluto (o soluti) la sostanza (o le sostanze) presente in minor quantità.

Le soluzioni gassose (gas in gas) vengono normalmente dette miscele gassose.
Le soluzioni solide sono dette leghe.
Le soluzioni liquide in cui un soluto si scioglie in un liquido dette soluzioni acquose (l'acqua).

Sospensioni il soluto fisicamente distinguibile dal liquido
Colloide stato a metà tra soluzione e sospensione

Solubilità Capacità di una sostanza di sciogliersi in un’altra formando un sistema omogeneo (monofasico)
Fattori: natura e temperatura.
Classificazione soluti e solventi
Polari
Apolari
Idrofobici

Soluzione satura costituita da due fasi: una liquida e una solida (corpo di fondo)

Elettroliti
sostanze (acidi, basi o sali) che disciolte in acqua o in altri solventi si dissociano in ioni, cioè in atomi dotati di carica elettrica positiva o negativa. Gli elettroliti possono essere forti o deboli a seconda del maggiore o minor grado di dissociazione, cioè a seconda del numero delle molecole dissociate.

ACQUA
H2O composto chimico largamente diffuso allo stato liquido, solido e di vapore.
Ha elevato potere solvente nei confronti di tutte le sostanze solide dissociabili in ioni in soluzione (acidi, basi, sali).
Salinità dell’acqua (sali disciolti); durezza (sali incrostanti, es. carbonato di calcio e magnesio)
Favorisce il passaggio in soluzione di soluti specialmente ionici (idratazione).
Si definisce:
neutra qualunque soluzione acquosa che contenga uguale concentrazione di ioni negativi OH- e ioni positivi H+
acida quando prevalgono ioni H+ (idrogeno).
basica ioni OH- (idrossido).
La Scala del PH (14 gradi) serve a misurare l’acidità di una soluzione: pH1 = acida; pH7 = neutra; pH14 basica.

Sistema tampone
sistema chimico capace di neutralizzare l'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti, e quindi di mantenere costante il grado di acidità o pH di una soluzione. Una soluzione tampone contiene una coppia coniugata acido-base, che può essere costituita da un acido debole in presenza di un suo sale con una base forte.
L'azione tampone del sistema è determinata dalla duplice presenza di una forma acida capace di neutralizzare le piccole aggiunte di una base, e di una forma basica capace di neutralizzare le piccole aggiunte di acidi.
L'importanza delle soluzioni tampone è fondamentale in tutte quelle reazioni chimiche che richiedono un pH costante e nella maggior parte dei processi biochimici.


Ossidazione
combinazione di un elemento con l'ossigeno

Reazioni di ossidoriduzione o redux
tutte le reazioni in cui si ha un trasferimento di elettroni da una superficie chimica all’altra. Utilizzata dall’uomo per ricavare energia dall’ossigeno (immagazzinata nella molecola di ATP) per mezzo di organi subcellulari detti mitocondri.

MOLE
Unità di misura (simbolo mol) della grandezza fondamentale quantità di sostanza nel Sistema Internazionale (S.I.). Tale quantità di sostanza contiene un numero di entità elementari (elettroni, ioni, atomi, molecole, ecc.) pari a quello presente in 0,012 kg di carbonio 12. Il numero di particelle contenuto in una mole di una sostanza in condizioni normali è pari a quello di Avogadro (N=6,02·1023) e pertanto la mole può essere definita come la quantità di sostanza che contiene un numero fisso, appunto N, di particelle elementari simili. Il termine mole è sostitutivo delle grandezze grammomolecola.

Proprietà colligative delle soluzioni
quelle proprietà il cui valore dipende dal numero delle particelle presenti e non dalla loro natura chimica e fisica. Ad esempio la pressione ed il volume dei gas sono proprietà colligative. (Solido in solvente liquido)
Fenomeni:
Abbassamento della tensione di vapore quando un soluto è sciolto in soluzione
Innalzamento della temperatura di ebollizione
Abbassamento della temperatura di congelamento
Aumento pressione osmotica: 2 soluzioni a concentrazione differente separate da membrana semipermeabile, il solvente passa dalla soluzione più diluita a quella più concentrata (osmosi). La pressione osmotica è la pressione per opporsi all’osmosi che corrisponde alla concentrazione di soluto. L’equilibrio si ha nelle soluzioni iosotoniche.

Chimica Organica e Carbonio

Da un punto di vista chimico ciò che distingue un essere vivente dalla materia inanimata non è il tipo di elementi chimici di cui è costituito, ma la complessità con cui tali elementi si legano per dare origine alle enorme varietà delle sostanze organiche. In molti casi le macromolecole organiche raggiungono complessità e varietà ancor maggiori attraverso il processo di polimerizzazione.
Un polimero è un composto formato dalla successione di molte molecole uguali (monomeri) o di pochi tipi diversi. Uno stesso monomero può agganciarsi in modi diversi formando polimeri aventi differenti caratteristiche (il glucosio, ad esempio, forma sia la cellulosa che l'amido).

Le molecole biologiche sono composte da un numero relativamente esiguo di elementi chimici. Dei 92 elementi esistenti in natura, ne utilizzano una trentina.
Il 99% di un essere vivente è formato da:
- 6 elementi chimici: il Carbonio (C), l'Idrogeno (H), l'Ossigeno (O), l'Azoto (N), il Fosforo (P) e lo Zolfo (S).
- basse quantità di silicio (Si) e alluminio (Al).
- oligoelementi (essenziali per le funzioni cellulari.



IL CARBONIO

Rappresenta lo scheletro di tutte le sostanze organiche, infatti la chimica organica è conosciuta anche come chimica del carbonio.
Il carbonio possiede 4 elettroni superficiali che può condividere con altri elementi chimici (ed anche con altri atomi di Carbonio) per formare quattro legami covalenti stabili.
Ha la capacità di legarsi con altri atomi di carbonio per formare lunghe catene, ramificate o chiuse, mantenendo nel contempo legami liberi che vengono saturati da altri elementi chimici (essenzialmente H, O, N). In tal modo le combinazioni possibili risultano infinite.


Quando il Carbonio si lega con se stesso produce molecole dalla geometria variabile che dipende dagli angoli di legame. 3 casi:

1 - Carbonio tetraedrico
il Carbonio forma 4 legami covalenti semplici (carbonio tetraedrico). Libera rotazione intorno al legame Carbonio.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alcani.

alcani
sono degli idrocarburi saturi. Il termine “idrocarburi” sta ad indicare dei composti formati solo da idrogeno e carbonio. Il termine “saturi” sta ad indicare il fatto che la catena carboniosa è saturata dall’idrogeno, presenta cioè il numero massimo di atomi di idrogeno possibili. Gli alcani sono classificati in relazione al numero di atomi di carbonio che forma la catena carboniosa
La desinenza che caratterizza i loro nomi è -ano.



2 - Carbonio planare
Il Carbonio forma 2 legami semplici ed 1 doppio (carbonio planare). In questo caso i legami giacciono su di un piano a 120° l'uno dall'altro. Non vi è libera rotazione intorno al legame Carbonio-Carbonio.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alcheni.

alcheni
sono degli idrocarburi insaturi. Il termine “insaturi” sta ad indicare il fatto che la catena carboniosa non è completamente saturata dall’idrogeno. Nel caso specifico l’insaturazione si manifesta con la presenza di un doppio legame tra due atomi di carbonio. Idrogenando il doppio legame (aggiungendo due atomi di idrogeno) si può infatti trasformare un alchene in un alcano. Gli alcheni hanno la stessa radice dell’alcano con uguale numero di atomi di carbonio, ma cambiano la desinenza in –ene.


3 - Carbonio lineare
Il Carbonio forma 1 legame semplice ed 1 triplo oppure 2 legami doppi(Carbonio lineare). In questo caso i legami giacciono lungo una retta a 180° l'uno dall'altro
Anche in questo caso è impedita la libera rotazione intorno all'asse Carbonio-Carbonio interessato dal legame triplo.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alchini.

Alchini
come gli alcheni, sono degli idrocarburi insaturi. Nel caso specifico l’insaturazione si manifesta con la presenza di un triplo legame tra due atomi di carbonio. Gli alchini hanno la stessa radice dell’alcano con ugual numero di atomi di carbonio, ma cambiano la desinenza in –ino.
Legami semplici, doppi e tripli possono comunque succedersi in modi diversi all'interno di una stessa molecola organica. Naturalmente queste strutture carboniose possiedono sempre legami liberi che utilizzano per legarsi con altri elementi chimici. In questo modo essi forniscono alla molecola che si forma le sue caratteristiche chimiche peculiari e aumentano grandemente il numero di combinazioni possibili tra atomi.

Reazione di Ossidazione
L'ossidazione è una reazione in cui un composto chimico perde elettroni ed energia.
Mentre la riduzione è una reazione in cui un composto chimico acquista elettroni ed energia.

Poiché nei composti organici nella maggior parte dei casi una ossidazione avviene per sostituzione di un legame C-O con un legame C-H, possiamo giudicare il grado di ossidazione o di riduzione di un composto organico dal numero di tali legami.

un composto sarà tanto più ossidato quanto più numerosi sono i suoi legami C-O e sarà tanto più ridotto quanto più numerosi sono i suoi legami C-H.

un atomo di carbonio legato a 4 atomi di idrogeno a formare una molecola di metano (CH4) è un composto molto energetico, con un elevato grado di riduzione.
Quando bruciamo il metano per estrarne l'energia noi effettuiamo un'ossidazione. Sostituiamo infatti gli atomi di idrogeno con gli atomi di ossigeno ottenendo un composto estremamente ossidato e povero di energia, l'anidride carbonica CO2. La differenza di energia tra i due composti è quella che noi sfruttiamo.

Ma tra il metano che presenta un elevato grado di riduzione e l'anidride carbonica che risulta completamente ossidata esistono composti chimici che presentano gradi di ossidazione intermedi.

Ad esempio se sostituiamo un idrogeno del metano con un ossidrile, otteniamo un composto parzialmente ossidato, ma ancora ricco di energia, l'alcool metilico o metanolo (CH3OH).

Gli alcoli sono una famiglia di composti caratterizzati dal gruppo funzionale ossidrile (-OH) e dalla desinenza -olo (ricordiamo che i composti organici si riuniscono in famiglie caratterizzate dalla presenza di un particolare raggruppamento chimico detto gruppo funzionale)
Se ossidiamo ulteriormente il metanolo otteniamo l'aldeide formica o formaldeide o metanale (H-CHO). Le aldeidi sono caratterizzate dal gruppo funzionale aldeidico (-CHO) e presentano desinenza -ale.
Continuando nel processo di ossidazione otteniamo un composto ancora più povero di energia, l'acido formico o acido metanoico (H-COOH). Gli acidi organici (o carbossilici) sono caratterizzati dal gruppo funzionale carbossile (-COOH) e dalla desinenza -oico.
Ossidando l'acido formico si ottiene infine l'anidride carbonica.


Come si può notare man mano che procede il processo ossidativo gli atomi di idrogeno vengono sostituiti da atomi di ossigeno. Inoltre per molti composti il grado di ossidazione è relativo. Infatti diremo che l'aldeide formica è più ossidata dell'alcool metilico, ma è più ridotta dell'acido formico.


Glucidi
I composti organici che costituiscono tutti gli esseri viventi possono essere raggruppati in quattro classi fondamentali: glucidi, lipidi, protidi e acidi nucleici.

I chimici classificano i composti organici in relazione alla presenza nella loro molecola di particolari gruppi chimici, detti gruppi funzionali.
Ciascuna classe di composti organici presenta uno o più gruppi funzionali caratteristici.

GLUCIDI (CARBOIDRATI O ZUCCHERI)
I glucidi sono costituiti solo da tre elementi chimici: Carbonio, Idrogeno e Ossigeno.
zuccheri semplici: monosaccaridi
zuccheri composti da 2: disaccaridi
zuccheri composti da più monosaccaridi: polisaccaridi.

- Monosaccaridi
I monosaccaridi rappresentano il combustibile per eccellenza delle cellule (L'energia si trova concentrata nei legami C-H) e fungono da mattoni chimici per la costruzione di molecole complesse.
I monosaccaridi sono formati da catene di 3,4,5,6 o 7 atomi di carbonio.
La desinenza -osio caratterizza i nomi dei monosaccaridi.
Formula bruta generica
I più diffusi sono a 6 (esosi) e 5 (pentosi) atomi di carbonio che si chiudono in genere ad anello.
Un monosaccaride presenta il primo (aldosi) o il secondo (chetosi) carbonio della catena unito ad un atomo di ossigeno con un doppio legame covalente (gruppo funzionale carbonilico), mentre tutti gli altri atomi di carbonio sono uniti con un gruppo ossidrilico. Tutti i rimanenti legami del carbonio vengono saturati dall'idrogeno. La presenza di numerosi ossidrili, caratterizzati da una elevata polarità, rende i monosaccaridi facilmente solubili in acqua.

Glucosio (aldoesoso) si chiude a esagono
Fruttosio (chetoesoso) si chiude a pentagono
Galattosio (aldoesoso) si trova abbondante nel latte

I pentosi.
Formula bruta C5H10O5.
Ribosio (aldopentoso) fondamentale per la costruzione di sostanze organiche complesse come RNA.
Desossiribosio (DNA)

I triosi.
Formula bruta C3H6O3.
Gliceraldeide (aldotrioso) un intermedio nel metabolismo degli zuccheri.


- Disaccaridi e Polisaccaridi
I monosaccaridi possono facilmente unirsi tra loro facendo reagire 2 gruppi ossidrili con perdita di una molecola
d’acqua, tramite una reazione detta di condensazione, rimanendo uniti tramite un atomo di ossigeno.
Tra i disaccaridi (o oligosaccaridi):
maltosio (glucosio + glucosio)
saccarosio (glucosio + fruttosio)
lattosio (glucosio + galattosio).

I polisaccaridi vengono sintetizzati per immagazzinare riserve di zuccheri, altri hanno invece funzioni strutturali (servono alla cellula come materiale da costruzione).
Hanno funzione di riserva di energia i polimeri del glucosio come l'amido (nelle piante) e il glicogeno (negli animali).
I polisaccaridi di riserva non possono essere utilizzati così come sono per fornire energia, ma devono essere preventivamente riconvertiti nei monosaccaridi costituenti. La reazione avviene con l'introduzione di una molecola d'acqua nel punto in cui era stata precedentemente eliminata.
La molecola d'acqua spezza il ponte ossigeno riformando i due ossidrili. Tale processo di separazione attraverso l'acqua è detto idrolisi.

Nelle piante il più importante polimero del glucosio è la cellulosa, per formare la parete cellulare.
Negli esseri viventi animali è più raro trovare polisaccaridi con funzioni strutturali.


Lipidi
Classe eterogenea di composti chimici quasi totalmente insolubili in acqua.
I legami chimici nelle molecole lipidiche sono legami C-H (apolari e quindi idrofobici) ed è formato dall'unione di un acido carbossilico con un alcool ed è quindi un estere.

Indichiamo un acido generico come R-COOH ed un alcool generico come R- OH.
La lettera R indica un radicale generico, un gruppo di atomi in catena carboniosa di cui, nel caso particolare, non interessa la composizione.
L'acido e l'alcol si uniscono utilizzando i rispettivi gruppi funzionali, tramite una reazione di condensazione detta esterificazione. Durante la reazione viene eliminata una molecola d'acqua tra l'ossidrile del gruppo carbossilico e l'idrogeno del gruppo alcolico.

I lipidi possono essere idrolizzati per ottenere gli acidi e gli alcoli di partenza.

Vengono utilizzati dagli esseri viventi come materiale isolante ed impermeabilizzante e costituiscono riserva di energia, facilmente accumulabile in depositi per la loro insolubilità.
A parità di peso un lipide è in grado di fornire più del doppio di energia rispetto ad un carboidrato.
I grassi possono essere solubili mediante ebollizione in soluzioni di soda (saponificazione).
Alcuni grassi sono facilmente digeribili e sono facilmente sintetizzabili dal nostro corpo (colesterolo).
Altri, come l’acido linoleico, non sono prodotti dal nostro organismo che deve assumerli da fonti esterne: (olio, pesce che contiene omega 3).
Gli oli sono grassi che a temperatura ambiente, in genere, sono allo stato liquido e sono costituiti da acidi oleici.
Quando sui legami insaturi dei lipidi si lega dell’O2 si ha irrancidimento.

I lipidi si dividono in lipidi semplici (formati solo dall'unione di alcool e acido grasso) e lipidi composti (formati anche da una terza sostanza chimica).

Lipidi semplici
I lipidi semplici si dividono in trigliceridi, ceridi (o cere) e steridi (o lipidi steroidei).
Ciascuno di questi tre gruppi è caratterizzato da un particolare alcol.
I trigliceridi sono caratterizzati dalla presenza dell'alcol glicerolo (o glicerina), un alcool triossidrilico.
I trigliceridi possono essere saturi o insaturi.
I ceridi, o semplicemente cere, sono caratterizzati dalla presenza di un alcool monoossidrilico a lunga catena carboniosa.
Gli steridi o lipidi steroidei utilizzano come alcool uno sterolo.
Tra gli steroli, il più importante è il colesterolo.
Il colesterolo è una molecola indispensabile al nostro organismo essendo un componente della membrana ed il precursore di importanti ormoni.

Lipidi composti
Sono formati da lipidi semplici in associazione con altre molecole.
Sono ad esempio lipidi composti le lipoproteine, proteine che trasportano i lipidi nel sangue come le HDL e le LDL o i glicolipidi, formati dall'unione di un lipide semplice con monosaccaridi, componenti essenziali delle membrane cellulari (soprattutto delle cellule nervose).

I lipidi sono un sottoinsieme degli esteri, nel senso che gli esseri viventi utilizzano solo alcuni tipi di alcoli ed alcuni tipi di acidi organici (acidi grassi) per sintetizzare i lipidi.

I componenti basilari dei grassi sono gli acidi grassi, le cui molecole sono costituite principalmente da una catena di circa 14-20 atomi di carbonio. Si tratta di molecole molto lunghe. A una estremità della catena sta COOH detto gruppo carbossilico o gruppo acido. L’acido carbossilico è caratteristico di una classe di composti organici detti acidi carbossilici.

Esempi di acidi grassi sono:
acido palmitico CH3 - (CH2) 14 - COOH
acido stearico CH3 – (CH2) 16- COOH
acido oleico CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7-COOH
Si tratta per tutti questi esempi di grassi saturi.

Nota
- Le molecole che contengono legami semplici sono detti saturi.
- Quelli che possiedono doppio o triplo legame C=C sono detti insaturi.
- Se vi è più di un doppio legame, polinsaturi.