Università degli Studi L’Aquila
Dipartimento MESVA
C.L.O.P.D. Dir. Prof. Roberto Gatto
BIOMATERIALI DENTARI Prof. Mario Baldi
Concetti Introduttivi
materia
Si definisce materia tutto ciò che occupa uno
spazio e ha una massa, essa è costituita da
unità fondamentali chiamate atomi. In natura
esistono 90 tipi di atomi che costituiscono gli
elementi chimici. Tutte le sostanze e gli
organismi viventi sono formati da questi
elementi combinati tra loro in differenti maniere.
Gli atomi a loro volta sono costituiti da
particelle: i protoni con carica elettrica positiva,
i neutroni privi di carica elettrica ma con massa
uguale ai protoni ed infine gli elettroni dotati di
carica elettrica negativa e di una massa circa
duemila volte inferiore. I protoni ed i neutroni si
trovano nel nucleo dell’atomo mentre gli
elettroni ruotano in differenti livelli attorno al
nucleo. L’atomo è elettricamente neutro grazie
alla presenza in numero uguale di protoni ed
elettroni.
Gli elettroni si dispongono attorno al nucleo in differenti
livelli energetici, il primo può contenere solo due elettroni,
il secondo otto, il terzo diciotto e cosi via. La
configurazione elettronica di quasi tutti gli atomi con
l’eccezione dei gas nobili (elio, neon, argo, cripton, xeno, e
radon) li rende instabili e ciò determina la necessità di
combinarsi con altri elementi per ottenere una
configurazione stabile. La condizione che rende stabili i
gas nobili, è quella di avere nel livello energetico più
esterno otto elettroni.
I legami chimici determinano l’unione di più atomi per
formare le molecole. Esse risultano energeticamente più
stabili dei componenti presi separatamente. La formazione
di un legame chimico coinvolge gli elettroni che possono
essere trasferiti da un atomo all’altro oppure essere condivisi
tra di essi. Quando si formano legami chimici l’energia
totale del sistema costituito da gli atomi legati insieme è
minore dell’energia totale del sistema costituito dagli atomi
separati.
La formazione di un legame chimico permette la
liberazione di una determinata quantità di energia
mentre per rompere un legame chimico è necessario
impiegare una determinata quantità di energia.
ELETTROSTATICO
- ionico
- dipolare
- idrogeno
ATOMICO
- covalente
- dativo
METALLICO
LEGAMI CHIMICI
Il legame di tipo covalente si realizza tra due atomi appartenenti
alla categoria dei non metalli che mettono in compartecipazione
una coppia di elettroni in un orbitale esterno che abbraccia
entrambi gli atomi. Si definisce un legame covalente puro o
omopolare quello che s’instaura fra due atomi dello stesso tipo: è il
caso tipico dell’idrogeno, dell’ossigeno, dell’azoto atmosferico ecc.
Nei legami covalenti gli elettroni condivisi orbiteranno attorno ai
nuclei vincolandoli a restare vicini.
Il legame di tipo dativo si determina quando la coppia di
elettroni che genera il legame viene fornita solo da uno
dei due atomi coinvolti. Tale atomo è denominato
donatore mentre l’altro atomo si definisce accettore ed è
in grado di mettere a disposizione lo spazio in un orbitale
esterno per gli elettroni coinvolti nel legame.
Il legame di tipo ionico si forma tra atomi che hanno una
differente elettronegatività con il trasferimento di un elettrone
da un atomo all’altro che restano legati grazie ad interazioni di
tipo elettrostatico. La disposizione degli atomi nello spazio non
ha la direzionalità del legame covalente.
Il legame di tipo dipolare si determina tra molecole
costituite da dipoli grazie all’attrazione elettrostatica tra
poli di segno differente. Le energie di legame definite
anche come Forze di Van der Waals sono molto deboli e
possono essere influenzate da fattori esterni quali
temperatura e pressione.
I legami di tipo idrogeno si instaurano tra molecole in cui la presenza
di ioni idrogeno sposta la distribuzione degli elettroni creando dei
dipoli dove l’idrogeno rappresenta l’anodo. Questa disposizione
permette di realizzare dei legami di tipo elettrostatico.
Il legame di tipo metallico si determina tra elementi che
hanno bassi valori di energia di ionizzazione e di
elettronegatività. Gli elettroni esterni di tali atomi sono
attratti debolmente dai loro nuclei e possono allonta- narsi
facilmente. Nei metalli allo stato solido gli elettro- ni
esterni non rimangono vincolati al proprio nucleo ma si
muovono per tutto il solido tenendolo in questa maniera
unito. Tali elettroni sono delocalizzati perché non
appartengono ad alcun atomo specifico ma si possono
trovare in qualsiasi zona all’interno del metallo.
La struttura dei metalli appare come un reticolo cristallino
con nodi occupati da ioni positivi immersi in una nube di
elettroni. Tale comportamento è alla base di alcune
proprieta tipiche dei metalli quali la conducibilita' elet- trica,
termica, la lucentezza e la plasticita.
La materia si caratterizza per composizione, struttura e stato di
unione. La composizione è dipendente dal tipo o dagli atomi che
vengono coinvolti, può essere semplice quando sono presenti
atomi tutti uguali, composta quando sono differenti tra di loro;
la struttura si determina dal tipo o dai tipi di legame che si
instaurano tra gli atomi ed infine lo stato di aggregazione
rappresenta la condizione fisica in cui le sostanze possono
presen-tarsi negli stati solido, liquido e gassoso.
STRUTTURA
legami chimici
COMPOSIZIONE
- semplice
- composta
STATO DI
AGGREGAZIONE
- solido
- liquido
- gassoso
MATERIA
Somministrando temperatura e/o pressione si può determinare un
cambiamento di stato di aggrega zione caratterizzato da differenti
proprietà chimiche e fisiche. Mediante il calore si accresce l’energia
cinetica di una sostanza e delle sue particelle elementari
alterandone i legami chimici e favorendo il passaggio a stati di
aggregazione a minor densità quindi da solidi a liquidi ed infine a
gassosi. Al contrario la sottrazione di calore può determinare il salto
su stati a maggior densità da gassoso a liquido a solido.
Lo stato di equilibrio
Può essere inteso come un compromesso tra due tendenze
opposte: la spinta da parte delle molecole ad assumere lo
stato di minima energia e la spinta verso uno stato di
massimo caos molecolare o massima entropia.
Una soluzione
E’ un sistema a due o più componenti che possono essere separati
tramite cambiamenti di stato. Le soluzioni possono essere liquidoliquido, liquido- solido, liquido-gas, solido-solido, solido-gas e gas-gas.
Viene definita solvente la sostanza cha ha lo stesso stato di
aggregazione dell’intera soluzione mentre il soluto è la componente in
differente stato di aggregazione. Il solvente è la componente presente
in maggiore quanti-tà nella soluzione, il soluto è invece in minor
quantità. Il solvente nella soluzione non cambia le sue proprietà fisiche mentre il soluto in soluzione modifica le sue proprietà fisiche.
Per solubilità si intende la quantità massima di soluto (in
grammi o in moli) che in una soluzione riesce a sciogliersi
nell’unità di solvente. La solubilità può essere condizionata da
fattori esterni quali tempe- ratura e pressione. Una soluzione si
dice satura quando presenta il massimo possibile di soluto.