La chimica organica: carbonio e idrocarburi

Terry Costanzo

DOCENTE DI SCIENZE

Nata a Prato nel 1975, ha frequentato il liceo linguistico Carlo Livi di Prato perché grande amante delle lingue, passione che le è rimasta anche se in quinta liceo è stata folgorata dalla chimica. È quindi approdata all'Università di Farmacia a Firenze Rifredi, corso di laurea Chimica e Tecnologia Farmaceutica(CTF). Dopo anni di grande sacrificio ed impegno, terminati gli stud, è arrivata a Milano ed ha lavorato presso un’ azienda chimica occupandosi di ricerca clinica con il ruolo di CRA. Si è occupata di sperimentazioni cliniche e ha imparato tantissime cose sulla ricerca e sul mondo farmaceutico in genere. Collabora da ormai 9 anni con l'Istituto Montini, che le dà la possibilità di entrare in contatto con i giovani e di tenersi sempre aggiornata.

La chimica organica, spesso definita come la “chimica della vita”, è una branca affascinante e complessa della chimica che studia i composti del carbonio e le loro interazioni.

Questo campo si distingue per la sua incredibile versatilità e per l’ampia gamma di applicazioni, che spaziano dalla ricerca biomedica alla produzione industriale, dalla farmaceutica alla protezione ambientale.

Al cuore della chimica organica giace l’elemento del carbonio, un mattone fondamentale della materia vivente e un protagonista indiscusso nella tavola periodica degli elementi.

Cos’è la chimica organica
Chimica organica: il carbonio e i suoi composti
I legami del carbonio
Gli idrocarburi
Idrocarburi vs alcoli

Cos’è la chimica organica

La chimica organica è una branca della chimica che si concentra sullo studio dei composti del carbonio e delle loro reazioni.

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.

Queste caratteristiche rendono i composti del carbonio incredibilmente variati in termini di struttura, proprietà e reattività.

Chimica organica: il carbonio e i suoi composti

Il carbonio è unico per la sua capacità di formare legami chimici stabili e diversificati con se stesso e con altri elementi, in particolare l’idrogeno, l’ossigeno, l’azoto e il cloro, tra gli altri. Questa proprietà, nota come catenazione, consente la formazione di una vasta gamma di composti organici, da quelli semplici a quelli incredibilmente complessi, come le proteine e gli acidi nucleici che costituiscono le basi della vita sulla Terra.

I composti organici possono essere:

COMPOSTI BINARI, formati da carbonio e idrogeno;
COMPOSTI TERNARI, formati da carbonio, idrogeno e ossigeno;
COMPOSTI QUATERNARI, formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

I composti del carbonio sono organizzati in famiglie e ciascuna di esse condivide un gruppo funzionale specifico, che determina 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

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 idrocarburi

Gli idrocarburi, composti formati esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno, rappresentano la classe più semplice e fondamentale dei composti organici.

Nonostante la loro apparente semplicità, gli idrocarburi giocano un ruolo cruciale in molteplici aspetti della vita quotidiana e dell’industria. Essi sono i componenti principali del petrolio e del gas naturale, servendo come combustibili, solventi e materie prime per la produzione di plastiche, fibre sintetiche, farmaci e molto altro ancora.

Il più semplice tra gli idrocarburi 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 ecc. Si tratta dell’idrocarburo meno inquinante, che si trova nel sottosuolo. È un gas infiammabile incolore e insapore utilizzato soprattutto nel riscaldamento domestico e nei veicoli a basso impatto ambientale.

La tabella degli idrocarburi

Idrocarburi vs alcoli

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 come 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.