sostanza

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Un corpo unico nel suo genere

Le sostanze sono corpi che hanno specifiche proprietà fisiche, come la densità, e soprattutto chimiche, in particolare la composizione e la struttura molecolare. Sono le specifiche proprietà che permettono, per esempio, l’attività fisiologica di sostanze importanti come il dna e gli ormoni. I composti e gli elementi sono sostanze

Cosa distingue una sostanza da un’altra

Sulle bottiglie di acqua frizzante leggiamo: «addizionata di anidride carbonica», mentre sulle lattine di certe bibite è evidente la scritta: «senza caffeina». Anidride carbonica e caffeina sono sostanze, così come sono sostanze l’acqua, lo zucchero, il sale da cucina, il metano, l’ossigeno. In chimica la parola sostanza si riferisce a qualsiasi corpo – solido, liquido o gassoso – dotato di proprietà fisiche o chimiche ben definite, che lo distinguano da tutti gli altri corpi. In particolare ogni sostanza è caratterizzata da composizione elementare e struttura molecolare specifiche.

Per sapere se cristallini bianchi siano sale o zucchero basterebbe assaggiarli, ma non è prudente assaggiare ciò che non si conosce, e certamente i chimici non lo fanno mai; ricorrono invece a metodi più generali e più sicuri. Certi metodi sono di carattere strumentale e indagano le proprietà fisiche delle sostanze, come la densità, il punto di fusione o di ebollizione, la struttura molecolare. Con altre procedure di laboratorio si determinano le proprietà chimiche della sostanza, in primo luogo la composizione e in secondo luogo la reattività: se sono di natura acida o basica, con quali altre sostanze reagiscono facilmente, se sono stabili all’aumento della temperatura, e così via.

Composizione e struttura

La composizione elementare di una sostanza è data dalle percentuali in peso degli elementi che la compongono. I chimici hanno diviso tutte le sostanze esistenti in due grandi classi: gli elementi e i composti.

Gli elementi sono sostanze costituite da un solo tipo di atomi: in un diamante vi sono soltanto atomi di carbonio (simbolo chimico C). I composti sono sostanze le cui particelle più piccole, le molecole, sono formate da atomi di diverso tipo. La molecola dell’acqua è rappresentata con la formula H₂O; tale formula indica che nella molecola vi sono due atomi di idrogeno (simbolo H) e un atomo di ossigeno (simbolo O). La composizione dell’acqua è per l’88,8% di ossigeno e per l’11,2 % di idrogeno.

Gran parte delle sostanze utili alla nostra vita sono costituite da molecole complicate. Quella del cortisone, un potente medicinale, è costituita da 54 atomi, e ha formula C₂₁H₂₈O₅; altre, come il DNA, hanno formule molto più complicate. Ma nelle sostanze quali il cortisone e il dna ha una funzione cruciale la struttura delle molecole, ossia la disposizione spaziale relativa, uno rispetto all’altro, degli atomi di una molecola. I 54 atomi della formula C₂₁H₂₈O₅ sono legati fra di loro e disposti nella molecola di cortisone in una struttura spaziale unica, specifica di questa sostanza; gli stessi 54 atomi disposti in modo diverso costituiscono la molecola dell’aldosterone, un ormone secreto dalle nostre capsule surrenali che ha proprietà fisiologiche del tutto diverse da quelle del cortisone.

Composizione e struttura molecolare caratterizzano in modo inequivocabile la natura di una sostanza. Una sostanza è pura quando le particelle che la costituiscono sono tutte dello stesso tipo, senza particelle estranee, di altri elementi o di altri composti.

Milioni di sostanze

Per orientarsi rapidamente nello sterminato mondo di 20 milioni di sostanze diverse i chimici hanno definito molte classi di composti, alcune con nomi strani, come steroidi (di cui fa parte il cortisone), altre con nomi che ci sono familiari: acidi, basi, sali, vitamine, ormoni, grassi, zuccheri, proteine. All’interno di queste categorie, ogni sostanza ha il suo nome, tradizionale come acqua o di convenienza come cortisone, ma il più delle volte le sostanze sono battezzate con nomi molto difficili che descrivono con esattezza la struttura delle molecole. Per esempio la chinina è una ben nota sostanza naturale usata da molto tempo contro la malaria: il suo nome chimico ufficiale, che descrive con esattezza da quali gruppi chimici è formata la sua molecola e dove sono reciprocamente collocati, è 6-metossi-alfa-(5-vinil-2-chinuclidinil)-4-chinolinmetanolo. La natura è già ricchissima di sostanze diverse, tuttavia il 90% delle sostanze note è stato sintetizzato dai chimici per gli scopi più diversi, dalla semplice curiosità scientifica agli usi terapeutici o industriali.