università degli studi laquila dipartimento mesva c.l.o.p.d. dir. prof. roberto gatto biomateriali...
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Università degli Studi L’AquilaDipartimento MESVA
C.L.O.P.D. Dir. Prof. Roberto Gatto
BIOMATERIALI DENTARI Prof. Mario Baldi
Concetti Introduttivi
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.
materiamateria
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.
LEGAMI CHIMICI
ATOMICO
- covalente
- dativo
ELETTROSTATICO
- ionico
- dipolare
- idrogeno
METALLICO
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 e 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.
MATERIA
STATO DI AGGREGAZIONE
- solido
- liquido
- gassoso
STRUTTURA
legami chimici
COMPOSIZIONE
- semplice
- composta
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 liquido-
liquido, 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 fi- siche 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.