Medicinsk Teknik KTH Biologisk kemi Vt 2011 Märit Karls Kemiska bindningar Medicinsk Teknik KTH Biologisk kemi Vt 2011 Märit Karls Snökristallen hämtad från: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/photos/w031230a113.jpg Rep bilder från atomteori: Elektronfördelning, fig. 3.5 Kemisk förening OBS! augusti 08 upptäcker jag att jag inte förklarat polära molekyler tillräckligt! 090129: en bra länk från seminariet: OK att visa länken online. http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=GCH6804 En annan mycket bra länk som jag kan använda för kemisk bindning och termodynamik och löslighet http://virtuallaboratory.net/Biofundamentals/lectureNotes/Topic2AB_Water.htm

Kemiska bindningar Kap.4 Jonbindning Varför bildas en jonbindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med jonbindning? Kovalent bindning (elektronparsbindning) Varför bildas en kovalent bindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med kovalenta bindningar? Intermolekylära krafter Varför är is hårt? Varför kan jag stoppa ett finger i ett vattenglas? Varför flyttar sig luften när jag går? Mycket viktigt kap. Grunden för resten av kursen! Tala om det för de som inte är här! Om ni lär er detta kap. kommer ni att förstå varför is är hårt, varför jag kan stoppa fingret i ett glas med vatten och varför luften flyttar sig när jag går så jag kan ta mig fram!

Lewis struktur ett sätt att hålla reda på valenselektroner Skriv atomsymbolen Räkna antalet valenselektroner Tänk dig en box som rymmer 2 e- på varje sida Fyll på valenselektroner i boxarna enl ”bussprincipen” s. 89 Cl Klor grupp 7, alltså 7 valenselektroner. Rita på tavlan! Förargligt , kloratomen saknar en enda elektron! Kan ni komma på nåt sätt, så att den får fullt skal känner sig påklädd?

Lewis struktur ett sätt att hålla reda på valenselektroner Skriv atomsymbolen Räkna antalet valenselektroner Tänk dig en box som rymmer 2 e- på varje sida Fyll på valenselektroner i boxarna enl ”bussprincipen” s. 89 Na Na grupp 1A , alltså 1 Rita på tavlan! Förargligt ,Har 1 elektron för mycket! Hur skall den uppnå nirvana =få fyllt yttre skal?

Natriumatomens nirvana Positiva joner; katjoner tänkt på gosig kattunge positiv!!!!!!!!! Natriumjon: samma elektronfördelning som _______ Energimässigt stabil

Kloratomens nirvana Kloridjon: full oktett, samma elektronfördelning som ______,

Kemisk reaktion: Na + Cl NaCl En e- från Na flyttar till Cl. Bägge uppfyller oktettregeln Na blir Na+, en katjon Cl blir Cl-, en anjon NaCl = koksalt, men alla jonföreningar kallas salter Bra bild i Martini fig. 2-3! Rita på tavlan där du redan ritat Na och Cl. OBS! Vid en kemisk reaktion bildas en annan förening med andra egenskaper OBS! Produkten har andra egenskaper!

Jonbindning Bildas mellan Metall och Icke-metall pga Metall vill förlora e- Bildar katjon Tomt valensskal Icke-metall vill få mer e- Bildar anjon Fullt valensskal Mellan katjon och anjon bildas en stark elektrostatisk attraktion- jonbindning Se fig. 4.3! Bilden från Biology Project. Rekommenderas! Mycket stark bindning mellan jonerna, En Na-jon attraherar 6 Cl-joner, som attraherar 6 Na-joner. 1 NaCl existerar eg inte, det är ett hypotetiskt medelvärde. NaCl smälter vid 804 ○C. http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html

Jonstorlek Positiva joner; Negativa joner; Förklara varför Katjoner mindre än atomen Negativa joner; Anjoner större än atomen Förklara varför Na Na+ Cl- Cl Storleken på joner viktig för kroppen, ex. Na joner skall passera cellmembran genom kanaler. Titta på http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/matters/periodicTbl2.html Träna på att förklara! OBS! det finns både som atomer och joner! Träna på denna länk!

Exempel på jonföreningar Vilka laddningar får jonerna nedan? Katjoner: Na Mg Al Anjoner: Cl O N Pussla ihop jonerna till jonföreningar Na Cl Mg Cl Al Cl Na O Mg O Al O Na N Mg N Studenterna får bara rubriken. Skriv på tavlan. Låt studenterna gissa först laddning, sen formel. Några studenter får Na, några Mg några Al Knep. Mg2+ och N3- . Tvåan från Mg ger 2 N, trean från N ger 3 Mg. Titta på reaktionen

Symboler för jonföreningar      Katjonen först! Summan av laddningarna skall vara noll CaCl2 Antal atomer

Namngivning Katjon först, -id sist! Natriumklorid Magnesiumbromid Aluminiumoxid Magnesiumnitrid

Egenskaper för jonföreningar Fast, kristaller Jonerna rör sig inte i fast tillstånd Starka bindningar mellan jonerna leder till mycket hög smältpunkt (NaCl 801C) I vattenlösning rör sig jonerna fritt och leder elektrisk ström

Kap. 5 Kovalent bindning Ex. två väteatomer Ingen av atomerna : vill ge bort e- är stark nog att dra till sig en e- från den andra Lösning: Dela på ett elektronpar Typiskt för icke-metaller H H strukturformel H2 summaformel

Varför bildas kovalent bindning? Båda elektronerna attraheras av bägge atomkärnorna, därför dras kärnorna mot varandra, men samtidigt repelleras de av positiv laddning i andra atomkärnan. Vid ett visst avstånd är attraktionen större än repulsionen, energiminimum. Fig. 5.1

Avstånd mellan atomkärnorna Fig. 5.2

Molekylorbital Två överlappande atomorbitaler bildar en ny Fig. sid 109. Två överlappande atomorbitaler bildar en ny Molekylorbital där elektronparet rör sig

Jämför kovalent/jon-bindning Kovalent bindning uppstår när en eller flera elektroner samtidigt attraheras av flera atomkärnor. Varför blir det en bindning när två atomer delar på ett elektronpar? Elektronmolnet tätast mellan atomkärnorna, kärnorna dras mot varann; ger en sammanhållande kraft, den kallar vi bindning. http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/reaction/bonding1.html Den har vi redan tittat på: hur jonbindning bildas mellan valfria atomer. Titta på Graphics Gallery! http://www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/ecb/covalent_ionic_bonds.html

Jämför joner/molekyler Joner laddade Molekyler är neutrala Joner sitter i bestämda mönster, gitter,starka elektrostatiska bindningar mellan jonerna, saltkristaller, formeln är ett medelvärde, det existerar inte 1 NaCl. Molekyler är enheter bestående av atomer som hålls ihop genom att de delar elektronpar, formeln representerar atomerna i en molekyl. Molekylerna kan röra sig fritt i förhållande till varann i flytande och gastillstånd. fig. Holum s. 75 Se fig. 5.5 McMurry Kallas ett salt Jämför egenskaper!

Hur vet man om man passar ihop? Kan man räkna ut vilka atomer som passar ihop?

Oktettregeln Holum s. 82 The atoms of the reactive representative elements tend to undergo those chemical reactions that most directly give them electron configurations of the nearest noble gas. Atomer av representative grundämnen tenderar att genomgå sådana kemiska reaktioner som på enklaste sätt ger dem en elektronfördelning som motsvarar elektronfördelningen för närmaste ädelgas. Formulera med egna ord! Ex på hur man kan formulera med egna ord för att göra om kunskap så att det blir något integrerat i en själv. Min formulering: Atomer vill reagera med andra atomer så att de uppnår ädelgasstruktur.

Kovalens Hur många elektroner saknar atomerna för att uppnå full oktett? Hur många kovalenta bindningar kommer de att ha i en molekyl? Se tab. 4.2 s. 93 OBS! Central bild! Kan man detta får man många poäng på tentan! Skriv i på tavlan: H-, -O- osv sätt ut fria elektronpar. Glöm elektronerna i K-skalet! http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/chemistry/c4x3valances.jpg

Ex. vatten, ammoniak, metan Rita ut fria elektronpar!!!! Är oktettregeln uppfylld för alla atomer? Fria elektronpar mycket viktiga för molekylens/föreningens kemiska egenskaper! Fig. s. 110

Kolatomens bindningar Kolatomen kan ha 4 kovalenta bindningar. Bilderna från Biology Project. Det finns ca 6 miljoner kända kolföreningar. Varför finns inga koljoner? Kolatomen kan ha 4 kovalenta bindningar Varför finns inga koljoner?

Exempel på molekyler H2, F2, Cl2, O2, N2 H2O, NH3, CO2, CCl4 NO, N2O, NO2 Namn? Strukturformler? Hur sitter atomerna ihop? Nobelpris 1998 Ignarro m fl upptäckter rörande kväveoxid som en signalmolekyl i hjärt-kärlsystemet” Eg inte läge att förutsäga strukturformler än, vi ska använda Lewis struktur för att se struktur NO kväveoxid, mycket intressant! Länge endast ansett som en luftförorening. Bildas i kroppen när man äter nitroglycerin. Detta upptäcktes först 1977. Robert F Furchgott studerade effekten av olika mediciner på blodkärlen och fick flera gånger motsägande resultat. En och samma medicin orsakade ibland sammandragning och vid andra tillfällen utvidgning av kärlen. Han funderade på om dessa variationer kunde bero på om ytcellerna i kärlens väggar var skadade eller inte. 1980 visade han att utvidgningen av kärlen endast skedde om cellerna var oskadade och att det skedde genom att cellerna producerade en speciell signalmolekyl. Han kallade denna molekyl ERDF (endothelium-derived relaxing factor). Ignarro deltog i sökandet efter ERDFs kemiska sammansättning och fann till slut att ERDF var identiskt med kväveoxid. Efter nobelpriset har man upptäckt att NO har effekt på minne, immunitet, neurotransmission, mm Makrofager injicerar NO i bakterier för att ta kål på dem.

Lewis struktur för molekyler Kap 5.6 Viktigt! Att lära sig skriva Lewisstrukturer är ett sätt att få bättre känsla för var elektronerna befinner sig i en molekyl. Det är nödvändigt när man studerar kemi, eftersom kemiska reaktioner innebär att valenselektroner byter plats när bindningar bryts och nya bildas Hjälpmedel för att förutsäga strukturformler

Enkelbindning Skriv Lewisstrukturer för H2 CH4 F2 Kontrollera att oktettregeln är uppfylld                                                                         Skriv på tavlan. Tom ruta i hand-outs.

För att studenterna skall få tom ruta i hand-outs att fylla i.

Ammoniak Obs! ett fritt elektronpar på kväveatomen Skriv på tavlan. OBS! FRITT ELEKTRONPAR, BRA ATT KOMMA IHÅG TILL VÄTEBINDNING! 1: skelett 2: antal valenselektroner. Det är de som deltar i kovalenta bindningar mellan atomerna 3: fördela alla valenselektroner så att alla atomer uppfyller oktettregeln Obs! ett fritt elektronpar på kväveatomen

Kontrollera Kontrollera resultatet på två sätt! A) Har alla atomer full oktett? Räkna alla elektroner som omger en atom B) Bokför elektroner runt varje atom. Räkna varje elektron bara en gång Har varje atom rätt antal elektroner? (formal charge) Hur många elektroner får H-atomen? Hur många elektroner får N-atomen? Fördela elektroner mellan kol och syre. Kol får 4 och syre får 6, stämmer med grupp i periodiskt system, då är de neutrala, oladdad molekyl.  

Ex.: Koldioxid CO2

Dubbelbindning! Se fig. s. 113! Denna bild kan vara med i hand-outs Varje atom omges av 8 elektroner (oktettregeln uppfylld) Kol får 4 egna elektroner, syre får 6 egna elektroner, Stämmer med grupp i periodiska systemet = valenselektroner Dvs neutrala, ingen laddning, oladdad molekyl Se fig. s. 113!

Joner kan bestå av flera atomer En grupp atomer som binds ihop med kovalenta bindningar kan ha överskott eller underskott på elektroner, dvs vara laddade joner Ex. NH4+ ammoniumjon NO3- nitratjon SO42- sulfatjon OH- hydroxidjon CO32- karbonatjon PO43- fosfatjon De här ska ni kunna! Jag borde gå igenom/dela ut lösta exempel, finns inget på fleratomiga joner i McMurry. Dåligt, mycket lärorikt att förstå var laddningen sitter! Tab. 4.3 s. 91

Kordinerad kovalent bindning

Vanliga joner i blod och celler Holum Fig. 23.4 s. 647 Se fig. 29.2 i McMurry Skriv Lewisstrukturer för: HCO3- bikarbonat H2PO4- divätefosfat fig. 23.4 elektrolyter i kroppsvätska I McMurry anjoner i ett diagram och katjoner i ett annat. Detta är bättre, ser att det finns lika mycket anjoner som katjoner

Kolatomens bindningar C-H vanligast Andra atomer som kolatomen gärna binder: HONSP Extremfallet: Diamant, bara kol- atomer med kovalenta bindningar Varför blir molekylformen tetrahedral?

Varför blir vattenmolekylen vinklad? http://coryw.people.cofc.edu/chem111.html

Elektronmolnen bildar tetraedrar OBS! Fria elektronpar N har 1 par NH3 pyramidal O har 2 par H2O vinklad Bra animering, ser samma som bilden ovan men tydligare med elektroner http://ull.chemistry.uakron.edu/genobc/Chapter_02 Titta på animering! Se fig. s. 125 och tab. 5.1!

Jämför joner/molekyler Joner laddade Molekyler är neutrala Joner sitter i bestämda mönster, gitter,starka elektrostatiska bindningar mellan jonerna, saltkristaller, formeln informerar om förhållandet mellan de olika jonerna i en kristall, det existerar inte 1 NaCl. Molekyler är enheter bestående av atomer som hålls ihop genom att de delar elektronpar, formeln representerar atomerna i en molekyl. Joner hålls ihop av starka elektrostatiska bindningar Molekyler är neutrala, finns det krafter mellan molekyler? Om det inte fanns det skulle alla molekylföreningar vara gaser! Molekylerna kan röra sig fritt i förhållande till varann i flytande och gastillstånd. fig. Holum s. 75 Se fig. 5.5 McMurry Viktigaste skillnaden: Krafterna mellan enheterna

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? 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?

Tentafrågor Kemisk bindning 4. (2p) Rita Lewisstruktur för: a) CO2 b)    H3O+

Tentafråga 5. (4p) a) Vad innebär oktettregeln?   a)    Vad innebär oktettregeln? b)     Ge exempel på tre olika sorters bindningar som kan uppstå när två atomer krockar, och förklara med hjälp av oktettregeln varför denna typ av bindning uppstår i de tre fallen

Konfucius (551-479 f kr) Bär varje dag en hink grus till samma ställe och du kan bygga ett berg I morgon seminarium om kemisk bindning.