Ecco perché il Carbonio è una donnaccia: Biologia #1

E così inizia il più rivoluzionario corso di biologia di tutti i tempi. Oggi imparerai tutto sui legami covalenti, ionici e a idrogeno. Senza dimenticare gli orbitali elettronici, la regola dell'ottetto, e cosa c'entra tutto questo con un folle chiamato Gilbert Lewis? E' tutto qui dentro.

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Codice temporale dei capitoli:
1. Rivedi l'intero video = 00:00
2. Il Carbonio è una Donnaccia = 01:51
3. Orbitali Elettronici = 04:23
4. La Regola dell'Ottetto = 06:52

5. Gilbert Lewis = 05:09
6. Legami Covalenti = 04:41
7. Legami Covalenti Polari e Nonpolari = 07:58
8. Legami Ionici = 08:29
9. Legami a Idrogeno = 10:11

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Se te lo stessi chiedendo

Questo è l'inizio del più rivoluzionario corso di biologia di tutti i tempi.

Oggi imparerai tutto sui legami covalenti e ionici e a idrogeno

Senza dimenticare gli orbitali elettronici

e la regola dell'ottetto

E cosa centra tutto questo con un folle chiamato Gilbert Lewis?

E' tutto qui dentro.

Salve, sono Hank

Suppongo che tu sia qui perché sei interessato in biologia

e se lo sei, ha decisamente senso poiché

come ogni buona canzone di 50 cent, la biologia è tutta sesso e cercare di non morire

Chiunque stia guardando ora dovrebbe essere interessato in sesso e non morire

essendo tu, suppongo, un essere umano.

Ho intenzione di tenere questo corso di biologia diversamente dalla maggior parte delle materie che tu abbia mai

seguito nella tua vita

Ad esempio, non spenderò la prima lezione

parlando di cosa farò nel resto delle lezioni

Ho intenzione di iniziare ad insegnarti, tipo proprio ora.

Dirò un'ultima cosa prima di iniziare.

Si, solo una!

E' questa: se sto andando troppo veloce per te, la cosa bella di YouTube è

che puoi tornare indietro.

Rivederlo ancora e ancora se sei confuso.

Possibilmente, dovresti diventare meno confuso.

E sei perfino autorizzato a saltare le parti che conosci già.

Un altro consiglio, puoi addirittura usare i numeri della tastiera per spostarti

all'interno del video.

E lo prometto, puoi farmelo quante volte vuoi e non ci farò per niente caso.

Un mio grande professore una volta mi disse che per capire davvero ogni argomento

devi capire un po' del livello di complessità appena sotto quell'argomento.

Il livello di complessità proprio sotto biologia è chimica

a meno che tu non sia un biochimico, nel qual caso potresti dire che è biochimica

In ogni caso, avremo bisogno di conoscere un po' di chimica per affrontare biologia.

E quindi QUESTO, amici miei, e ciò da cui cominceremo.

Sono una collezione di molecole organiche chiamata Hank Green.

I composti organici sono una classe di composti che contengono Carbonio.

E il carbonio è questa piccola sexy sfacciatella sulla tavola periodica

che è, sai...

poco d'accordo con la monogamia.

Una donnaccia. Un po' vagabonda. Impertinente.

Quando dico che il carbonio è piccolo intendo che in effetti

come atomo, è relativamente piccolo.

Ha 6 protoni e 6 neutroni per una massa atomica totale di 12.

A causa di ciò, il carbonio non occupa molto spazio.

E così può disporsi in strani anelli, fogli e spirali

con doppi e perfino tripli legami.

Può fare tutta una serie di cose che non sarebbero mai state possibili per atomi più massicci.

Praticamente, è l'equivalente atomico di un ginnasta olimpico.

Può fare tutte queste meravigliose, belle, eleganti cose perché è piuttosto piccolo

Si può anche che il carbonio sia amichevole

è questa è una cosa interessante da dire riguardo ad un atomo

Non è come altri elementi che

tentano disperatamente di fare qualsiasi cosa possano

per riempire i loro orbitali elettronici

No, il carbonio sa cosa vuol dire essere solo, e quindi non è tutto

"Ti prego! Farò qualunque cosa per i tuoi elettroni!"

bisognoso come sono invece Fluoro, Cloro o Sodio

Elementi come il cloro se li respiri ti squarciano letteralmente i polmoni

e il sodio, il sodio è folle, se lo versi nell'acqua esplode!

Il carbonio tuttavia...

Meh.

Vuole più elettroni, ma non ucciderebbe per averli.

Crea e rompe legami come una tredicenne superficiale.

E non se ne vergogna neppure.

Il carbonio è anche, come dicevo prima, un po' una donnaccia, siccome ha bisogno di altri quattro elettroni extra

e quindi si legherà con più o meno chiunque capita a tiro

E sempre poiché ha bisogno di quattro elettroni, si unirà a due, o tre

o anche quattro di queste cose allo stesso tempo

E il carbonio è consenziente ed interessato ad unirsi con un sacco di differenti molecole [o atomi]

come idrogeno, ossigeno, fosforo, azoto

o con altre molecole di carbonio.

Può farlo in infinite configurazioni

permettendogli di essere l'atomo principale delle complicate strutture che formano gli esseri viventi come noi stessi

Poiché il carbonio è questo mix perfetto di proprietà come essere piccolo, amichevole e un po' donnaccia

la vita è interamente basata su questo elemento.

Il carbonio è alla base della biologia.

è così fondamentale che gli scienziati hanno parecchi problemi

persino a concepire una forma di vita che non sia basata sul carbonio.

La vita sulla Terra è possibile poiché il carbonio è sempre sospeso attorno a noi nell'atmosfera

nella forma di diossido di carbonio [CO2]

Perciò è importante notificare, quando parlo di carbonio che si lega con altri elementi

Che non sto effettivamente parlando di sesso, è solo un'utile analogia.

Il carbonio, di per sé, è un atomo con 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni.

Gli atomi hanno gusci elettronici [=orbitali], e hanno bisogno di avere questi gusci riempiti

per essere degli atomi felici e appagati.

Perciò il carbonio ha 6 elettroni totali, 2 per il primo guscio [s1]

così è completamente felice

e 4 degli 8 che gli servono per riempire il secondo orbitale. [s2p2]

Il carbonio forma un tipo di legame che noi chiamiamo covalente.

Questo avviene quando gli atomi stanno condividendo elettroni l'uno con l'altro.

Perciò nel caso del metano, che è praticamente il più semplice composto del carbonio di sempre

Il carbonio sta condividendo i suoi 4 elettroni, nel suo orbitale esterno, con 4 atomi di idrogeno.

Gli atomi di idrogeno hanno solo 1 elettroni, perciò vogliono il loro primo orbitale s riempito.

Il carbonio condivide i suoi 4 elettroni con questi 4 idrogeni

e questi 4 idrogeni condividono ciascuno 1 elettrone con il carbonio.

Così tutti sono felici.

In chimica e biologia questo è spesso rappresentato da ciò che noi chiamiamo struttura di Lewis

Buon Dio, sono in una sedia!

Sono in una sedia, e c'è un libro.

Apparentemente ho qualcosa da dirti che è in questo libro.

Che è un libro chiamato Lewis: Acidi e Basi.

Di Hank Green

Gilbert Lewis, il tipo che ideò la struttura a pallini di Lewis

Era anche il tipo dietro agli Acidi e Basi secondo Lewis

E venne candidato al premio Nobel

35 volte.

è stato candidato più volte di chiunque altro nella storia.

E il numero di volte che ha vinto è circa lo stesso numero di volte

che chiunque altro nel mondo abbia mai vinto.

Che è zero.

Lewis ne soffriva molto.

è tipo come essere il giocatore di baseball con più palle colpite di chiunque altro nella storia

e nessuno strike.

Potrebbe essere stato il chimico più influente di tutti i tempi.

Ha coniato il termine fotone, ha rivoluzionato la maniera in cui pensiamo ad acidi e basi

e ha prodotto la prima molecola di acqua pesante.

è stato la prima persona a concettualizzare il legame covalente di cui stiamo parlando proprio

ora.

Gilbert Lewis è morto solo nel suo laboratorio mentre laborava su dei composti cianurici

dopo aver pranzato con un collega più giovane e carismatico

che aveva vinto il Premio Nobel e aveva lavorato al progetto Manhattan

Molti sospettano che si sia suicidato con il cianuro su cui stava lavorando

ma il medico legale disse che si trattava di un infarto, senza controllare più a fondo.

Ti ho detto tutto questo perché

la piccola struttura di Lewis che usiamo per rappresentare come gli atomi si legano l'uno all'altro

è qualcosa che è stato creato da un genio folle travagliato.

Non è una roba scientifica astratta che è sempre esistita.

è uno strumento che è stato ideato da qualcuno

è che è stato così utile da essere usato da allora in poi.

In biologia la maggior parte dei composti può essere mostrata in forma di struttura di Lewis

ed ecco come funziona:

Queste strutture di base mostrano come gli atomi si legano insieme per formare le molecole.

E una delle regole chiave quando stai replicando questi diagrammi

è che gli elementi con cui stai lavorando reagiscono l'uno con l'altro in maniera tale

che ogni atomo finisca con 8 elettroni nel suo livello energetico più esterno.

Questa è chiamata Regola dell'Ottetto.

Poiché gli atomi vogliono completare il loro ottetto di elettroni per essere felici e soddisfatti.

L'ossigeno ha 6 elettroni nel suo ottetto e ha bisogno di altri 2, è così che otteniamo H2O

Può anche legarsi col carbonio

che ha bisogno di 4 elettroni.

Così ottieni 2 doppi legami con 2 diversi atomi di ossigeno e finisci con CO2

Quel fastidioso gas del riscaldamento globale, e anche la roba che permette tutta la vita sulla Terra.

L'azoto ha 5 elettroni nel suo livello esterno. Ecco come li contiamo:

Ci sono 4 orbitali [uno s e tre p]. Ognuno di loro vuole 2 atomi.

E come le persone che salgono su un autobus, preferiscono non sedersi subito accanto a qualcun'altro.

Non sto scherzando, non si appaiano finché non sono costretti a farlo. [principio di Pauli]

Perciò per la massima felicità, l'azoto si unisce con 3 idrogeni, formando l'ammoniaca.

O con due idrogeni agganciandosi ad un altro gruppo di atomi, in questo caso lo chiamiamo gruppo amminico.

E se quel gruppo amminico è legato ad un carbonio che è legato con un acido carbossilico

allora ottieni

un ammino acido!

Ne hai sentito parlare, giusto?

A volte gli elettroni sono condivisi equamente con un legame covalente come O2.

Questo è chiamato legame covalente nonpolare. Ma spesso uno dei partecipanti è più avido.

Nell'acqua ad esempio, l'atomo di ossigeno attira gli elettroni verso di sé

e loro spendono più tempo con l'ossigeno che con gli idrogeni.

Questo crea una carica parzialmente positiva attorno agli idrogeni

e una parzialmente negativa attorno all'ossigeno.

Quando qualcosa ha una carica diciamo che è polare. Ha un polo positivo e uno negativo.

Quindi questo è un legame covalente polare.

Ora parliamo per un momento di un tipo di legame completamente differente, che è un legame

ionico.

E questo è quando, anziché condividere elettroni,

gli atomi donano completamente o accettano un elettrone da un altro atomo, con tutto il cuore

e poi vivono felici come atomi muniti di carica.

E non c'è assolutamente nulla come un atomo carico.

Se un atomo ha una carica, è uno ione.

In generale gli atomi preferiscono essere neutrali, ma paragonando questo ad avere un ottetto completo, non è poi

una gran cosa.

Proprio come quando spesso scegliamo tra essere emozionalmente bilanciati e sessualmente soddisfatti

a volte gli atomi faranno sacrifici per quell'ottetto.

Il composto ionico più comune nelle nostre vite quotidiane è il sale.

Cloruro di sodio, NaCl.

Questa roba, a dispetto della sua squisitezza, come detto prima,

è fatta di due composti chimici davvero pericolosi. Sodio e Cloro.

Il cloro è ciò che chiamiamo un alogeno, un elemento che ha bisogno di un solo elettrone

per riempire il suo ottetto.

E il sodio è un metallo alcalino, il che significa che ha un solo elettrone nel suo ottetto.

Perciò cloro e sodio sono così vicini ad essere soddisfatti

che distruggerebbero felicemente qualunque cosa sul loro cammino per riempire il loro ottetto.

E così, non c'è miglior sistema che mettere semplicemente

cloro e sodio insieme e lasciare che si amino l'un l'altro.

Trasferiscono immediatamente i loro elettroni

così che il sodio non abbia il suo elettrone esterno, e il cloro riempia il suo ottetto.

Diventano Na+ e Cl- e sono così carichi che possono attaccarsi insieme

e chiamiamo questo attaccamento legame ionico.

E proprio come quando hai due amici davvero matti

potrebbe essere una buona idea metterli insieme così che smettano di darti fastidio.

La stessa cosa funziona con sodio e cloro.

Mettili insieme, e non daranno fastidio a nessuno.

E all'improvviso, non vogliono più distruggere, vogliono solo essere deliziosi.

Cambiamenti chimici come questo sono un fantastico affarone.

Ricorda, solo un secondo fa cloro e sodio stavano decisamente per ucciderti, e ora

sono gustosi.

Ora arriviamo all'ultimo legame di cui parleremo

nella nostra introduzione alla chimica qui e che è il legame a idrogeno.

Immaginando che ricordi l'acqua; spero che non ti sia dimenticato l'acqua

Poiché l'acqua è tenuta insieme da un legame covalente polare

l'atomo di idrogeno è positivamente carico e l'atomo di ossigeno è negativamente carico.

Perciò quando le molecole d'acqua si muovono in giro

di solito le immaginiamo come un fluido ma in realtà si appiccicano un po'

tra loro

Lato idrogeno con lato ossigeno.

Puoi effettivamente vederlo coi tuoi occhi se riempi troppo un bicchiere d'acqua

formerà un rigonfiamento in cima. L'acqua si manterrà attaccata insieme.

è il legame covalente polare che mantiene le molecole attaccate le une alle altre

così che non cadano dall'orlo del bicchiere.

Questi legami a idrogeno relativamente deboli avvengono in tutti i tipi di composti chimici

non solo nell'acqua. E in effetti giocano un ruolo estemamente importante nelle proteine

che sono i composti chimici che formano più o meno tutto il nostro corpo.

Un'ultima cosa da notare è che i legami, covalenti, ionici

anche all'interno della loro categoria

hanno spesso forze molto differenti tra loro.

e tendiamo a scriverli semplicemente con un trattino

ma quel trattino può rappresentare un legame covalente molto molto forte o relativamente

debole

A volte i legami ionici sono più forti dei covalenti

Anche se non è il caso più generale e la forza dei legami covalenti varia selvaggiamente.

Come questi legami sono creati e distrutti è intensamente importante per la vita.

E per le nostre vite. Creare e distruggere legami è in effetti la chiave alla vita stessa

e anche la chiave per la morte. Per esempio, se tu dovessi ingerire del sodio metallico.

Tieni a mente questo mentre ci muoviamo avanti attraverso biologia:

Anche la persona più sexy che hai mai incontrato nella tua vita

è solo una collezione di composti organici che vagano in un involucro d'acqua.

Ripassiamo!

Ora abbiamo la tavola dei contenuti

che so che dovrebbe comparire all'inizio delle cose

Ma qui siamo rivoluzionari, la vediamo differentemente

quindi puoi cliccare su ognuna delle cose qui

e tornare indietro e rivedere ciò che hai imparato.

O non imparato.

E se hai domande per favore per favore per favore per favore per favore per favore per favore

scrivile nei commenti e saremo qui sotto a rispondere per te.

Quindi... grazie per esserti unito a noi.

è stato un piacere, è stato un piacere lavorare con te oggi.