Intermolekylära krafter Medicinsk Teknik KTH Biologisk kemi Vt 2011 Märit Karls

Intramolekylära attraktioner Atomer hålls ihop av elektrostatiska krafter mellan ……protoner och …….elektroner Joner hålls ihop av elektrostatiska krafter mellan ……..joner och ……..joner En molekyl hålls ihop av ………………… men finns det krafter mellan molekyler? Om det inte fanns något som höll ihop molekylerna skulle alla molekylföreningar vara gaser, t ex vattenånga! Men vad är det som håller ihop molekylerna? T.ex. en isbit i ett glas med vatten, när den smälter flyter vattnet ut i glaset, varför? vad är det som gör att jag kan stoppa ner fingret och molekylerna flyttar på sig?

Vad händer när is smälter och när vatten kokar? Skriv på tavlan H2O (s), behåller sin form, resp (l), tar behållarens form, (g) fyller hela behållaren. Man kan jämföra molekyler med studenter; Föreläsning: alla har sina givna platser, vifta med armarna = S, Rast kan flytta sig förbi varann, men fortfarande inom husets väggar = l Går hem, diffunderar ut över hela Storstockholm eller ännu längre = g Bra animering på när vatten kokar: http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/163boilingpt.html Fig. 1.3 Titta på när vatten kokar!

Aggregationsformer Fast fas (s) Vätskefas (l) Gasfas (g) Fig. 8.1 Om det inte fanns attraktioner mellan molekyler skulle alla ämnen vara gaser! Om det inte fanns krafter mellan molekylerna skulle allt vara gasfas

Intramolekylära Intermolekylära bindningar krafter Attraktion mellan molekyler, avgör om ämnet är fast, flytande eller gasformigt Krafter som håller ihop atomer inom molekyler dvs bindningar http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/reaction/bonding1.html grader. http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/blb/chapter11/medialib/blb1102.html

Skilj på kemisk reaktion/fysikalisk process Kemisk reaktion: elektroner flyttas, bindningar mellan atomer (intramolekylära bindningar) bryts, nya bindningar bildas Fysikalisk process (kokning, upplösning i vatten): Attraktioner mellan molekyler (intermolekylära krafter) bryts Viktigt att veta vad som är intramolekylära bindningar resp intermolekylära attraktioner

Fysikalisk egenskap: smp, kp OBS! skilj på Kemisk reaktion och fysikalisk För att sönderdela vatten (bryta bindningar mellan väte och syreatomer) krävs över 500 grader C, för att koka vatten (bryta bindningar mellan vattenmolekyler) räcker det med 100 OBS! Det sker ingen kemisk reaktion när vatten kokar. För att sönderdela vatten kemiskt (bryta bindningar mellan väte och syreatomer krävs över 500 C

Bindningar mellan molekyler bryts Här ser man tydligt att det som sker när man värmer på ett fast ämne är att bindningarna mellan molekylerna bryts. Molekylerna är oförändrade, de går inte sönder! Fig. 8.24

Fig. 8.2 Copyright © 2010 Pearson Education, Inc. Chapter Eight

Intermolekylära krafter Attraktioner mellan molekyler Beror på bindningar inom molekyler Mycket svagare än intermolekylära bindningar Förklarar fysikaliska egenskaper Påverkar strukturen av proteiner, DNA, mm Hur bildas intermolekylära krafter??????

Polära kovalenta bindningar elektronerna delas inte rättvist Om atomerna har olika förmåga att attrahera elektronerna i den kovalenta bindningen, bildas en delvis positiv pol och en delvis negativ pol Molekylen kan bli en dipol δ - δ+ H F Polär kovalent bindning

Varför fördelas elektronerna ojämnt? Rita på blädderblock: HF två atomkärnor, 1+ i ena 9+ i andra, 2 elektroner mellan dem.

Jämför olika bindningar Hur kan man avgöra om bindningen är polär eller opolär? http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/153Acompare.html

Elektronegativitet förmåga att attrahera det gemensamma elektronparet i en kovalent bindning Samma tänk som för joniseringsenergi, positiva protoner drar i elektroner, ju fler protoner desto högre joniseringsenergi. Ju närmare valenselektronerna är kärnan, desto högre elektronegativitet H 2,1 C 2,5 N 3,0 O 3,5 FONClerBrISCH H C N O Hur förändras elektronegativitet inom en period? Hur förändras elektronegativitet inom en grupp?

Polär eller opolär bindning? Om skillnad i elektronegativitet mellan atomerna är ›1,9 övervägande jonbindning 0,5-1,9 polär kovalent bindning 0-0,5 övervägande opolär kovalent bindning

Polära molekyler- dipoler CH4 icke dipol CCl4 icke dipol!!? CH3Cl dipol CH2Cl2 dipol CHCl3 dipol H2O dipol Tack och lov!!! Varför?????? Tips! Titta på kolatomens bindningar fig. 5.6 s.124 och 125! Worked ex. 5.9 s. 126! Se bild Elektronmoln bildar tetraedrar Fundera på: NH3? CO2? Bilden kan hoppas över om vi har tidsbrist. Kanske bättre att säga icke dipol Mars 2009: Enl vissa tabeller är skillnad i elektronegativitet mellan C och Cl mindre än 0,5, alltså inte en polär bindning. Kan jag hitta andra ex.?

Dipol-dipol bindning Elektrostatisk attraktion mellan polära molekyler (dipoler) Se fig. 8.14 Viktigt exempel på dipol-dipolbindning är hydratisering av polära molekyler (upplösning i vatten) Upplösning i vatten är ju oftast vätebindning som är specialfall av dipol-dipol Titta på animering! http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/Mol_View_Sol_Formation.swf Titta på animering! http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/Mol_View_Sol_Formation.swf Titta på animering! http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/Mol_View_Sol_Formation.swf

Vätebindningar Vätebindning är ett specialfall av dipol-dipolbindning. Notera vätebindning är attraktionen mellan två molekyler. Intramolekylär kvovalentbindning mellan H och O eller N, orsakar en intermolekylär attraktion mellan två molekyler. I molekyler med kovalent bindning mellan väteatom H och fluoratom, syreatom Eller kväveatom bildas en starkt polär, kovalent bindning. Väteatomen blir elektronfattig, kan attraheras av ett fritt elektronpar på atom i en ANNAN molekyl

Vätebindning Vattenmolekyl kan både donera och acceptera vätebindningar Markera i fig. OBS! Vätebindning är en bindning mellan molekyler Återkommer senare till vätebindning. Holum Fig. 6.9 s.168 Titta på: http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/hydrogenbonds.html

Vattnets egenskaper Max densitet vid + 4 ºC Hög kokpunkt Is flyter på vatten Hög kokpunkt Vätska vid rumstemperatur Hög ytspänning Regndroppar Hög värmekapacitet Utjämnar värme Lösningsmedel för joner och polära molekyler Syresatt vatten sjunker till botten när isen smälter, får syre till växter och fiskar Om det inte fanns vätebindningar skulle vatten koka vid –50 grader! Kan inte ens föreställa mig hur regn skulle kännas om det inte kom i droppar Tänk på en sandstrand vid Medelhavet! Solsken Het sand, varför inte hett vatten? Vatten bättre på att ta hand om värme utan att öka i temp Sida med bilder på vackra snökristaller: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/photos/photos.htm Sida där man bl a kan jämföra molekylmodell av vatten och is http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.html Tack och lov för vätebindningar!

Löslighet Den maximala mängd av ett ämne som kan lösas i ett givet lösningsmedel Byter ut intermolekylära bindningar i ämnet resp i lösningsmedlet mot nya bindningar mellan ämnet och lösningsmedlet Beror på de intermolekylära krafterna i ämnet Titta på bilderna Dipol-dipol bindning Jon-dipolbindning ”Lika löser lika” Hydrofil = Hydrofob = Bra animering om upplösning av metanol i vatten. Byter ut vätebindningar mellan metanolmolekyler mot vätebindningar mellan metanol-vatten Lagt till mars 09: Fråga studenter: är det någon skillnad på ”löser sig” och ”blandas”? Hydrofoba molekyler kan inte bryta vätebindningar mellan vattenmolekyler, eftersom det inte kan bildas lika starka bindningar mellan de hydrofoba molekylerna och vattenmolekyler.

Dessa krafter skall bytas ut Lagt till 19 jan 09. EX. Na+ och Cl-- joner Vattenmolekyler Det kostar energi att bryta bindningarna i bägge fallen

Nya krafter mellan löst ämne-lösningsmedel                                                                                                Om bindningarna som bildas är ungefär lika starka som de som bröts, kan jonerna hydratiseras. Nya bindningar bildas, får tillbaka energi, bör vara ungefär lika

Jon-dipolbindning Exempel Annat exempel upplösning av ett salt i vatten, se fig. 9.2 McMurry Annat exempel I Hb binder fyra Fe2+ joner varsin syrgasmolekyl. Syremolekylen blir en inducerad dipol Bra animering av upplösning av salt. Bildas hydratiseringsmoln runt varje jon Fig 7.2 s. 181 Titta på animering!: http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/Mol_View_Sol_Formation.swf

Hydrofob interaktion Borde kallas hydrofob uteslutning Vattenmolekylerna pressar ihop de opolära molekylerna. Borde kallas hydrofob uteslutning

Men finns det krafter mellan opolära molekyler?? Ja, Kvävgas består av N2-molekyler Vid låg temperatur bildas flytande kväve Tyder på att det finns krafter mellan kväve- molekyler Hur kan det finnas krafter mellan opolära molekyler??? Även ädelgaser kan vara flytande! Brommolekyler borde vara opolära, men ändå är ren brom flytande, tyder på attraktioner mellan molekylerna.

London dispersionskrafter Fig. 8.15 Polarisering av elektronmoln (elektroner förskjuts till ena sidan) ger en tillfällig (temporär) dipol Attraktion mellan tillfälliga dipoler kallas London dispersion forces (van der Waalskrafter) Ju större elektronmoln desto lättare bildas dipol Gått igenom vad som håller ihop joner och dipoler: Elektrostatisk attraktion, plus och minus dras till varann. Men hur hålls opolära molekyler ihop? t.ex ädelgaserna? Molekyler är mjuka, elektronmoln i st f elektronskal, http://www.wisc-online.com/ViewObject.aspx?ID=GCH6804, OK att visa länken. 20100113: http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html#top. Det jag kallar van der Waalsattraktion kallas dispersionskrafter eller London forces, det är en typ av van der Waalsattraktion enl äldre terminologi. Jodnäsa! Metan CH4 kp -162 C, butan C4H10 kp 0 C större kontaktytor mellan molekylerna Varför bildas dessa krafter? Titta på länken!

Inducerade dipoler http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html Warning!  There's a bit of a problem here with modern syllabuses. The majority of the syllabuses talk as if dipole-dipole interactions were quite distinct from van der Waals forces. Such a syllabus will talk about van der Waals forces (meaning dispersion forces) and, separately, dipole-dipole interactions. All intermolecular attractions are known collectively as van der Waals forces. The various different types were first explained by different people at different times. Dispersion forces, for example, were described by London in 1930; dipole-dipole interactions by Keesom in 1912. Läs mer om dispersionskrafter! http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html

Varför har Neon lägre kp än Xenon? För att neon har lägre massa? Inte fel, men ingen bra förklaring. Förklara varför det blir svagare elektrostatisk attraktion mellan neon- molekyler! OBS! ´På föreläsningen/hand-outs stod det tvärtom, men jag sa att det var fel, studenterna bör ha ändrat! http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html

Jmf joner/ kovalenta föreningar Jonföreningar salter Jonerna hålls ihop av stark elektrostatisk attraktion Existerar som ett tredimensionellt nätverk av joner Hög smp och kp Fasta vid rumstemp. Kovalenta föreningar molekyler Molekylerna hålls ihop av relativt svaga krafter Relativt låg smp och kp Finns både som fast fas, vätska och gas Träna på att bilda olika typer av föreningar! http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/reaction/bonding1.html http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/bonding%20tutorial.htm Se bild 12 ”jmf joner och molekyler”

Intramolekylära krafter Sammanfattning Bindningar mellan atomer i joner/molekyler Starka bindningar: Jonbindning 500-4 000 kJ/mol Kovalent bindning 150-1 000 kJ/mol Ex. för att sönderdela vatten (bryta bindningar mellan syre och väte atomerna) krävs 1000 º C Bryts/bildas vid kemiska reaktioner Förklarar kemiska egenskaper Vilka ämnen som reagerar med varandra Kemiska egenskaper, t.ex. Vilka ämnen som reagerar med varandra. OBS! När vatten deltar i kemiska reaktioner krävs inte 1000 ºC. Då får man energi genom att det bildas nya bindningar.

Intermolekylära krafter Attraktioner mellan molekyler och joner Beror på bindningar inom molekylen Svagare än intramolekylära krafter 1-30 kJ/mol Påverkar strukturen av proteiner, DNA mm Förklarar fysikaliska egenskaper Löslighet Smältpunkt Kokpunkt Styrkan i intermolekylära attraktioner mycket svagare än intramolekylära krafter, 0,001 % till 10 % av typisk kemisk bindning. OBS! Jon-dipolbindning ungefär lika stark som jon-jonbindning! Vanlig tentafråga: jmf olika organiska föreningar, förklara skillnader i löslighet eller kokpunkt

När har intermolekylära krafter betydelse? Löslighet Smältpunkt, kokpunkt Sekundärstruktur hos proteiner Tertiärstruktur hos proteiner Attraktion mellan enzym och substrat Attraktion mellan strängarna i DNA Ett mycket viktig specialfall av dipol-dipolbindning är vätebindning. Är avgörande för exemplen ovan.

Enzym + substrat Kolla vilket enzym binder till cycliskt AMP Markera olika intra –och intermolekylära bindningar i fig. OBS! i vattenlösningar blir jonbindning en svag attraktion! Enl Biology project

Hb får sin form tack vare intermolekylära attraktioner. Detta är krafter inom en molekyl, skall man kalla dem intermolekylära??

Carboxypeptidase A katalyserar hydrolys av C-terminal peptid Lagt till aug 2010. märkte att en del studenter tycker den här är komplicerad, beror på att de tentat av del 1 och glömt bort kemisk bindning, synd! Om ni kommer ihåg det till del 2 blir det ganska lätt att tolka denna bild. Skall jag visa bilden i början?? OBS! Zn2+ Vad händer vid pH- förändring?