Cap2 Produzione e Dissipazione di
energia all'interno di un materiale biologico
Legami chimici: energia di legame.
In natura si hanno vari tipi di
legami chimici, è interessante vedere quanti eV sono necessari per
romperli (vedi Tab. 2) :
Tabella 2 -Energia di legame
Tipo di legame
|
Kcal/mol
|
eV/molecola
|
Covalente
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50-100
|
2.2-4.8
|
Van der Waals
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1-2
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0.04-0.08
|
Legame idrogeno
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3-7
|
0.13-0.30
|
Ionico*
|
5
|
0.2
|
Energia termica media a 310 K
|
0.62
|
0.027
|
* Per gruppi ionici di molecole organiche
come COO-, NH3+ in soluzione acquosa
Per rompere un legame covalente occorrono
2.2 ¸ 4.8
eV; per Van der Waals è necessario un valore 100 volte inferiore
ma l’energia in gioco per ciascuna molecola è di almeno un fattore
103 maggiore di quello che proviene dai segnali e.m. di
interesse ( Tabella 1, cap 1
); confortati da questi valori molti studiosi negano che ci siano degli
effetti delle radiazioni e.m. dato che il singolo quanto non ha neanche
un’energia comparabile con l’agitazione termica, come si deduce dalle due
tabelle. In realtà avviene qualcosa di più complesso:
si deve ipotizzare un meccanismo
di accumulo; il singolo quanto non è in grado di provocare un effetto
energetico rilevante ma, fornendo una successione nel tempo di pacchetti
e.m., si hanno dei fenomeni apprezzabili.
E’ stato dimostrato sperimentalmente
che, se si ha un segnale a microonde di sufficiente energia, si può
produrre un effetto termico sul materiale.
Indice del Capitolo 2
Leggi fisiche alla base della produzione
e dissipazione di energia all'interno di un materiale biologico e corrispondenti
equazioni.
Questa produzione e dissipazione
di energia all’interno del materiale biologico segue le leggi fisiche fondamentali:
-
Cessione di
energia dall’esterno tramite movimento di cariche libere quali possono
essere elettroni o ioni (presenti in grandi quantità nell’uomo);
-
Fenomeni di
rotazione e di riorientazione delle molecole dipolari. Molte molecole di
tessuti biologici sono di tipo dipolare: basta allora applicare un campo
elettrico e un atomo o anche una molecola neutra possono diventare dipolari
(la nube elettronica si sposta rispetto al nucleo);
-
Oscillazione
delle cariche legate (elettroni negli atomi e atomi nelle molecole).
A queste leggi fondamentali corrispondono
delle equazioni; si distinguono vari tipi di interazione:
a) Interazione con monopoli (ioni) in
cui intervengono forze elettriche e forze magnetiche
-
a1) F = qE : forza che subisce una carica immersa in
un campo elettrico;
-
a2) F = q(v´B)
: forza dovuta al movimento delle cariche in un campo magnetico (ad esempio
gli ioni in soluzione nel sangue si muovono ad una certa velocità
e quindi subiscono una certa azione da parte del campo magnetico).
b) Interazioni con dipoli (molecole
dotate di momenti elettrici e momenti magnetici)
-
b1) T = me´E
: con me = vettore momento elettrico ; T =
vettore momento di torsione;
-
b2) T = mm´B
: con mm = vettore momento magnetico ; B = vettore
induzione magnetica. Il contributo del momento mm nei
sistemi biologici è un'acquisizione recente; sono state individuate,
infatti, piccole quantità di materiali ferromagnetici nei tessuti
biologici, ad esempio nel cervello dei piccioni ed anche in minori quantità
in quello umano;
-
b3) F = Ñ(
me×E
) q
=cost : con
F = forza dielettroforetica che si presenta quando si scende a livelli
microscopici; la grandezza che varia nello spazio è il vettore campo
elettrico E. Se si è in presenza di un campo elettrico fortemente
non uniforme spazialmente e in esso si immerge un oggetto con momento elettrico
proprio, su questo agisce una forza che spinge la molecola lungo linee
a q
costante (q
è l’angolo formato dal vettore campo E in quel punto e dal
dipolo). Questa forza è tanto più intensa quanto più
il campo varia nello spazio e, se si considerano campi alternati, la forza
dielettroforetica opera sempre nella stessa direzione (cambiano contemporaneamente
le orientazioni del dipolo e del campo); vi possono essere, in realtà,
anche variazioni del momento dipolare nello spazio ma si considereranno
molecole abbastanza stabili in cui ciò non avviene.
c) Interazione di risonanza (si instaurano
in presenza di tutte le forze viste in precedenza e ne amplificano, quindi,
gli effetti)
-
c1) Risonanze vibrazionali : md2x/dt2
+ bdx/dt + kx = qEx : spostamento di un oggetto dovuto
alla presenza del campo elettrico, con fenomeni di attrito viscoso e con
forze di richiamo (tipo equazione del pendolo);
-
c2) Risonanze rotazionali : Id2q/dt2
i0 + Fdq/dt
i0 + mex E = 0 : rappresenta,
ad esempio, la rotazione impressa dal campo ad una molecola dipolare fissa.
Queste sono quindi le regole fondamentali
che regolano la produzione e la dissipazione di energia all’interno del
materiale biologico.
Indice del Capitolo 2
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