Se in biologia abbiamo già affrontato i temi di ecologia di popolazione, avremo già studiato i rapporti tra esseri viventi (mutualismo, predazione ecc). Proviamo a usare alcune di quelle conoscenze nel mondo ultra-microscopico della chimica. Vediamo come.

La chimica può essere studiata a partire dalle sue componenti macroscopiche o da quelle microscopiche. Per esempio, noi possiamo osservare in natura l’esistenza dell’acqua, della ruggine, dei colori e a partire da queste osservazioni possiamo studiare la materia e le sue trasformazioni. Oppure possiamo calarci nel mondo microscopico, ultra-microscopico, e vedere gli atomi legati insieme a formare molecole di varia complessità. Le proprietà degli atomi e dei legami che li tengono insieme determinano le proprietà macroscopiche che osserviamo ogni giorno.

Per questo è fondamentale che capiamo bene il concetto di legame chimico. Un legame chimico è l’attrazione elettrica che si instaura tra atomi, ioni o molecole diverse. A seconda delle caratteristiche delle particelle coinvolte, il legame avrà una forza diversa. Tutti i legami, però, sono accomunati da una proprietà: il sistema che si origina dopo la formazione del legame ha un’energia interna minore della somma delle energie delle particelle separate. Questa caratteristica si ritrova in tanti sistemi naturali, per cui potremmo fare un parallelismo: molte specie animali formano delle società perché le capacità del gruppo sono molto superiori alla somma delle capacità dei singoli individui. Pensiamo a un alveare, ma anche a un branco di lupi o a una pineta.

Ma torniamo alla chimica. I legami possono essere covalenti, ionici o metallici. Per capire la differenza è utile partire da due particelle separate:

In questa immagine ogni particella ha un nucleo intorno al quale si muovono una serie di elettroni. Quando i due nuclei si avvicinano, gli elettroni cominciano a muoversi verso uno o verso l’altro.

Si forma un legame covalente quando gli elettroni dei due atomi si addensano nella zona intermedia tra i due nuclei. I due atomi mettono in condivisione gli elettroni alla pari e il legame che formano è molto forte:

Per dirla in termini biologici, è una simbiosi mutualistica perché entrambi traggono vantaggio dal legame. Accade una cosa simile nei licheni (alga+fungo), ma anche dei coralli (zooxantelle+polipi) o dell’intestino umano (flora batterica+villi intestinali).

Nel caso del legame ionico, le particelle coinvolte sono ioni. In questo caso gli elettroni di un elemento si spostano verso il nucleo dell’altro e così entrambi gli elementi completano i loro gusci di valenza più esterni. In altre parole, entrambi raggiungono l’ottetto e sono quindi stabili.

Se vogliamo fare un parallelismo con i viventi, sembra un caso di mutualismo non simbiontico facoltativo in cui entrambi traggono vantaggio, ma una specie è un po’ più avvantaggiata. Un esempio è quello degli erbivori africani e delle bufaghe.

Infine c’è il legame metallico, che è anche il più complicato da spiegare. In questo caso gli elettroni di entrambi gli atomi si allontanano dal nucleo e si dispongono a formare figure geometriche compatte intorno a entrambi i nuclei. Quindi non è più possibile dire a quale atomo appartengano gli elettroni di valenza, perché si muovono intorno a entrambi i nuclei.

Tra i viventi questa situazione si ritrova in una società complessa formata da due maschi dominanti, da tante femmine e dai cuccioli di entrambi (esemplare la storia dei leoni Mapogo).

Quindi a partire da 3 situazioni sociali macroscopiche possiamo far capire meglio il significato di un meccanismo essenziale per lo studio della chimica. Potremmo anche decidere di far emergere queste similitudini facendo fare una ricerca agli studenti più bravi della classe, in modo che siano loro stessi ad aiutare quelli più in difficoltà.