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Beatrice
22/11/2025
Scienze
Chimica del carbonio
2594
•
22 nov 2025
•
Beatrice
@beatrice_c
La chimica del carbonio è ovunque intorno a noi -... Mostra di più
Fino al 1828 si pensava che i composti organici potessero esistere solo negli organismi viventi, poi Wöhler dimostrò il contrario sintetizzando urea in laboratorio. Oggi sappiamo che tutti i composti contenenti carbonio sono considerati organici, dalle biomolecole naturali come proteine e DNA alle sostanze di sintesi come plastiche e farmaci.
Il carbonio ha una posizione speciale nella tavola periodica: 4 elettroni di valenza e un valore intermedio di elettronegatività. Questo gli permette di formare legami covalenti stabili sia con metalli che non metalli. La sua configurazione elettronica nello stato fondamentale (1s²2s²2p²) può essere modificata attraverso la promozione di un elettrone, permettendo la formazione di orbitali ibridi.
Curiosità: Il carbonio può "promuovere" un elettrone dall'orbitale 2s al 2p per formare quattro legami equivalenti, un processo che costa energia ma viene compensato dalla maggiore stabilità dei legami formati.
Gli orbitali ibridi sono il risultato del rimescolamento tra orbitali s e p, creando nuove forme geometriche che spiegano la struttura tridimensionale delle molecole organiche.
L'ibridazione sp³ coinvolge un orbitale s e tre orbitali p, formando quattro orbitali ibridi disposti ai vertici di un tetraedro con angoli di 109,5°. Questo tipo di ibridazione caratterizza gli alcani e permette solo legami semplici (sigma). Pensa al metano (CH₄): è la forma più semplice di questa geometria tetraedrica.
L'ibridazione sp² usa un orbitale s e due orbitali p, creando tre orbitali ibridi disposti planamente a 120°. Il terzo orbitale p rimasto forma legami doppi (pi greco) negli alcheni. Questo significa che puoi avere due legami semplici e uno doppio.
Ricorda: Sigma permette rotazione libera, pi greco no! Questo spiega perché i composti con legami doppi sono più rigidi.
L'ibridazione sp combina un orbitale s con uno p, formando due orbitali lineari a 180°. I due orbitali p rimanenti creano due legami pi greco, tipici degli alchini con geometria lineare.
I legami sigma si formano quando gli orbitali si sovrappongono lungo la linea che collega i due nuclei. Sono sempre presenti nei legami semplici e permettono la rotazione libera attorno all'asse del legame. I legami pi greco invece si formano dalla sovrapposizione laterale degli orbitali p, creando due zone di densità elettronica sopra e sotto il piano dei nuclei.
Le forme allotropiche del carbonio mostrano come la stessa sostanza possa avere proprietà completamente diverse: la grafite (sp²) conduce elettricità grazie ai suoi strati planari, il diamante (sp³) è durissimo perché ogni carbonio è legato covalentemente ad altri quattro, mentre i fullereni hanno strutture sferiche uniche.
Fatto interessante: Il diamante e la grafite sono entrambi carbonio puro, ma le loro proprietà opposte dipendono solo dal tipo di ibridazione!
Il carbonio forma concatenazioni stabili creando catene lineari, ramificate o cicliche. Questa capacità di auto-legarsi è alla base dell'enorme varietà dei composti organici.
L'isomeria è il fenomeno per cui molecole con la stessa formula bruta hanno strutture diverse e quindi proprietà diverse. Gli isomeri di struttura differiscono nell'organizzazione degli atomi: isomeria di catena (diversa ramificazione), di posizione (diversa posizione dei legami multipli), e di gruppo funzionale (gruppi diversi come aldeidi e chetoni).
La stereoisomeria riguarda molecole con la stessa sequenza atomica ma diversa disposizione spaziale. Gli isomeri conformazionali possono interconvertirsi per rotazione attorno ai legami semplici (forme sfalsate ed eclissate). L'isomeria geometrica è tipica dei doppi legami con forme cis e trans.
Applicazione biologica: Gli enzimi riconoscono solo uno dei due enantiomeri - per questo molti farmaci hanno effetti diversi a seconda della loro forma tridimensionale!
L'enantiomeria si verifica quando una molecola ha un carbonio chirale legato a quattro gruppi diversi. I due enantiomeri sono immagini speculari non sovrapponibili e deviano la luce polarizzata in direzioni opposte (destrogiri e levogiri).
Gli idrocarburi sono composti formati solo da carbonio e idrogeno, componenti principali del petrolio. Si dividono in alifatici (catene lineari o ramificate) e aromatici (strutture cicliche speciali).
Gli alcani hanno formula generale CₙH₂ₙ₊₂ e presentano solo legami semplici: metano (CH₄), etano (C₂H₆), propano (C₃H₈), butano (C₄H₁₀). Dal butano in poi inizia l'isomeria di catena - puoi avere il normale n-butano lineare o l'isobutano ramificato.
Nota pratica: Le molecole ramificate hanno punti di ebollizione più bassi perché hanno minori forze intermolecolari rispetto alle catene lineari.
Ogni alcano ha ibridazione sp³ con angoli tetraedrici di 109,5°. La struttura tridimensionale determina le proprietà fisiche come punto di fusione, ebollizione e solubilità.
Gli alcheni (CₙH₂ₙ) contengono almeno un doppio legame C=C con ibridazione sp² e geometria planare triangolare. L'etilene (C₂H₄) è il più semplice, seguito da propilene e butene. Il doppio legame rende queste molecole reattive - possono fare reazioni di addizione rompendo il legame pi greco.
Gli alcheni mostrano isomeria geometrica: i sostituenti possono stare dallo stesso lato (cis) o da lati opposti (trans) rispetto al doppio legame. Questa differenza strutturale ha conseguenze biologiche importanti - per esempio, nella visione, la conversione cis-trans di una molecola nella retina genera l'impulso nervoso.
Curiosità biologica: Il meccanismo della visione dipende proprio dal cambiamento conformazionale di una molecola che passa da cis a trans quando colpita dalla luce!
Gli alchini (CₙH₂ₙ₋₂) hanno tripli legami C≡C con ibridazione sp e geometria lineare a 180°. L'acetilene (etino) è usato nelle saldature per la sua combustione ad alta temperatura.
Il benzene (C₆H₆) è il composto aromatico più importante, con struttura esagonale planare. Nonostante sia altamente insaturo, non fa reazioni di addizione ma di sostituzione - questo perché la sua struttura particolare gli conferisce una stabilità eccezionale.
La risonanza spiega la struttura del benzene: gli elettroni pi greco sono delocalizzati su tutto l'anello, creando un "mare" di elettroni che stabilizza enormemente la molecola. Per questo tutti i legami C-C hanno lunghezza intermedia tra singolo e doppio.
Attenzione: Molti composti aromatici hanno odori gradevoli ma sono spesso cancerogeni - maneggia sempre con cura!
I composti eterociclici contengono altri elementi oltre al carbonio nell'anello (ossigeno, azoto, zolfo). Le basi azotate del DNA sono esempi importanti: pirimidine (anello singolo) e purine (doppio anello).
I gruppi funzionali sono atomi o gruppi di atomi che conferiscono proprietà specifiche agli idrocarburi. Il gruppo ossidrile forma gli alcoli come metanolo ed etanolo. La presenza di -OH permette la formazione di legami idrogeno, rendendo queste sostanze liquide invece che gassose.
I legami idrogeno sono fondamentali in biologia: stabilizzano la struttura del DNA (tra le basi azotate) e delle proteine. Sono abbastanza forti da mantenere stabile la struttura ma abbastanza deboli da permettere processi come duplicazione e trascrizione.
Applicazione quotidiana: L'etanolo è liquido (invece di gas come l'etano) proprio grazie ai legami idrogeno formati dal gruppo -OH!
La risonanza nel benzene crea una struttura con legami tutti uguali e intermedi tra singoli e doppi, spiegando la particolare stabilità degli aromatici.
Il gruppo carbossilico caratterizza gli acidi organici. Questi sono acidi deboli con costanti di dissociazione Ka relativamente basse . Solo una piccola parte delle molecole si dissocia, esistendo un equilibrio tra forma molecolare e forma ionica.
Il gruppo amminico forma le ammine, che sono basi deboli. Possono acquisire un protone dall'acqua secondo la reazione: R-NH₂ + H₂O ⇌ R-NH₃⁺ + OH⁻. La costante Kb misura la loro forza basica.
Concetto chiave: Maggiore è Ka, più forte è l'acido; maggiore è Kb, più forte è la base!
Il gruppo carbonilico forma aldeidi (con un H legato al carbonio) e chetoni (con due gruppi alchilici). L'acetone (dimetilchetone) è il chetone più comune. Aldeidi e chetoni con stessa formula molecolare sono isomeri di gruppo funzionale.
Le reazioni di ossidoriduzione trasformano un gruppo funzionale in un altro: l'alcol metilico può essere ossidato prima ad aldeide (metanale) e poi ad acido carbossilico (acido formico). Durante l'ossidazione aumenta il numero di ossigeni e diminuisce quello di idrogeni.
I ponti disolfuro si formano tra gruppi sulfidrilici nelle proteine, creando legami molto stabili che resistono anche a 100°C. Questo spiega perché alcuni batteri termofili possono vivere in ambienti estremi come i geyser.
Applicazione moderna: La PCR (reazione a catena della polimerasi) usa la Taq polimerasi da batteri termoacidofili per amplificare DNA a temperature che ucciderebbero enzimi normali!
Gli amminoacidi sono esempi perfetti di molecole con più gruppi funzionali: contengono sia il gruppo amminico che quello carbossilico . Il carbonio centrale è spesso uno stereocentro, rendendo possibile l'esistenza di enantiomeri con diverse attività biologiche.
Il nostro assistente AI è costruito specificamente per le esigenze degli studenti. Sulla base dei milioni di contenuti presenti sulla piattaforma, possiamo fornire agli studenti risposte davvero significative e pertinenti. Ma non si tratta solo di risposte, l'assistente è in grado di guidare gli studenti attraverso le loro sfide quotidiane di studio, con piani di studio personalizzati, quiz o contenuti nella chat e una personalizzazione al 100% basata sulle competenze e sugli sviluppi degli studenti.
È possibile scaricare l'applicazione dal Google Play Store e dall'Apple App Store.
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Google Play
L'applicazione è molto facile da usare e ben progettata. Finora ho trovato tutto quello che cercavo e ho potuto imparare molto dalle presentazioni! Utilizzerò sicuramente l'app per i compiti in classe! È molto utile anche come fonte di ispirazione.
Stefano S
utente iOS
Questa applicazione è davvero grande! Ci sono tantissimi appunti e aiuti con lo studio [...]. La mia materia problematica, per esempio, è il francese e l'app ha così tante opzioni per aiutarmi. Grazie a questa app ho migliorato il mio francese. La consiglio a tutti.
Samantha Klich
utente Android
Wow, sono davvero stupita. Ho appena provato l'app perché l'ho vista pubblicizzata molte volte e sono rimasta assolutamente sbalordita. Questa app è L'AIUTO che cercate per la scuola e soprattutto offre tantissime cose, come allenamenti e schede, che a me personalmente sono state MOLTO utili.
Anna
utente iOS
È bellissima questa app, la adoro. È utilissima per lo studio e mi aiuta molto, anzi moltissimo, ma soprattutto mi aiutano molto i quiz, per memorizzare anche quello che non sapevo
Anastasia
utente Android
Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.
Francesca
utente Android
moooolto utile,gli appunti sono belli e funzionanti,schoolGPT da dei consigli formidabili!!
Marianna
utente Android
L'applicazione è semplicemente fantastica! Tutto ciò che devo fare è inserire l'argomento nella barra di ricerca e ottengo la risposta molto velocemente. Non devo guardare 10 video di YouTube per capire qualcosa, quindi risparmio tempo. Consigliatissima!
Sudenaz Ocak
utente Android
A scuola andavo malissimo in matematica, ma grazie a questa applicazione ora vado meglio. Vi sono molto grato per aver creato questa app.
Greenlight Bonnie
utente Android
Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA
Aurora
utente Android
L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.
Martina
utente iOS
in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro
Chiara
utente IOS
Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.
Andrea
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La chimica del carbonio è ovunque intorno a noi - dal cibo che mangi ai farmaci che prendi, dalle proteine del tuo corpo alla plastica del tuo smartphone. Questo elemento speciale può formare un numero praticamente infinito di composti grazie... Mostra di più
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Curiosità: Il carbonio può "promuovere" un elettrone dall'orbitale 2s al 2p per formare quattro legami equivalenti, un processo che costa energia ma viene compensato dalla maggiore stabilità dei legami formati.
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Attenzione: Molti composti aromatici hanno odori gradevoli ma sono spesso cancerogeni - maneggia sempre con cura!
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I legami idrogeno sono fondamentali in biologia: stabilizzano la struttura del DNA (tra le basi azotate) e delle proteine. Sono abbastanza forti da mantenere stabile la struttura ma abbastanza deboli da permettere processi come duplicazione e trascrizione.
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Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA
Aurora
utente Android
L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.
Martina
utente iOS
in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro
Chiara
utente IOS
Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.
Andrea
utente iOS
L'applicazione è molto facile da usare e ben progettata. Finora ho trovato tutto quello che cercavo e ho potuto imparare molto dalle presentazioni! Utilizzerò sicuramente l'app per i compiti in classe! È molto utile anche come fonte di ispirazione.
Stefano S
utente iOS
Questa applicazione è davvero grande! Ci sono tantissimi appunti e aiuti con lo studio [...]. La mia materia problematica, per esempio, è il francese e l'app ha così tante opzioni per aiutarmi. Grazie a questa app ho migliorato il mio francese. La consiglio a tutti.
Samantha Klich
utente Android
Wow, sono davvero stupita. Ho appena provato l'app perché l'ho vista pubblicizzata molte volte e sono rimasta assolutamente sbalordita. Questa app è L'AIUTO che cercate per la scuola e soprattutto offre tantissime cose, come allenamenti e schede, che a me personalmente sono state MOLTO utili.
Anna
utente iOS
È bellissima questa app, la adoro. È utilissima per lo studio e mi aiuta molto, anzi moltissimo, ma soprattutto mi aiutano molto i quiz, per memorizzare anche quello che non sapevo
Anastasia
utente Android
Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.
Francesca
utente Android
moooolto utile,gli appunti sono belli e funzionanti,schoolGPT da dei consigli formidabili!!
Marianna
utente Android
L'applicazione è semplicemente fantastica! Tutto ciò che devo fare è inserire l'argomento nella barra di ricerca e ottengo la risposta molto velocemente. Non devo guardare 10 video di YouTube per capire qualcosa, quindi risparmio tempo. Consigliatissima!
Sudenaz Ocak
utente Android
A scuola andavo malissimo in matematica, ma grazie a questa applicazione ora vado meglio. Vi sono molto grato per aver creato questa app.
Greenlight Bonnie
utente Android
Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA
Aurora
utente Android
L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.
Martina
utente iOS
in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro
Chiara
utente IOS
Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.
Andrea
utente iOS
Chimica