Empiirinen kaava
KEMIALLISET KAAVAT, HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET Tunnin sisältö • Kemiallinen kaava • Mitä eri tyyppejä? • Milloin tarvitaan, mahdollisuudet ja erikoisuudet? • Esimerkki Kemiallinen kaava • Ilmoittaa yhdisteen koostumuksen • Alkuaineet merkitään niiden kemiallisilla merkeillä esim. hiili ”C”, vismutti ”Bi” jne. • Alaindeksillä merkitään kyseisen alkuaineen lukumäärä yhdisteessä. • Sulkeiden jälkeen tuleva alaindeksi merkkaa sulkeissa olevien alkuaineiden lukumäärää Empiirinen kaava • Empiirinen kaava ilmoittaa atomien suhteet, mutta EI atomien tarkkoja lukumääriä molekyylissä. • Esim. kuusihiilisten molekyylien glukoosin ja fruktoosin empiirinen kaava on CH2O • Esim. CaCl2 on suola, jossa on kahta kloridiionioa kohden yksi kalsiumioni. • Huom! Suoloilla aina empiirinen kaava! Miksi? • Polttoanalyysitehtävät (”combustion analysis, empirical formula”) Molekyylikaava • Molekyylikaava eli bruttokaava • Ilmoittaa eri alkuaineiden tarkan määrän yhdessä molekyylissä (merkitään alaindekseillä), mutta EI tarkkaa rakennetta. • Kirjoitusjärjestys: C, H, heteroatomit aakkosjärjestyksessä • Esim. metaani CH4 tai arakidonihappo C20H32O2 • Monilla ERI yhdisteillä sama: glukoosilla ja fruktoosilla kaava on C6H12O6 Empiirinen vai molekyylikaava? • Glukoosi: empiirinen kaava CH2O, mutta rakennekaava C6H12O6 • Joskus merkitään (CH2O)x à glukoosille x = 6 • Tietyt tehtävätyypit: ”Määritä empiirinen kaava yhdisteelle, jonka sisältämien atomien massaprosenttiosuudet ovat seuraavat… Tämän jälkeen määritä yhdisteen molekyylikaava, kun sen moolimassa on Y.” Rakennekaavat • Lewis Cl H C H C C H • Valenssiviiva (Kekulé) O • Tiivistetyt rakennekaavat • Tikkukaavat Cl O H2C C H Cl C O H H CH2 CH3 H Tehtävä: Esitä eteenin (C2H4) Lewisrakenne, Kekulén rakenne sekä tikkukaava. Tunnin sisältö 2. Heikot vuorovaikutukset • Millaisia erilaisia? • Missä esiintyvät? • Biologinen/lääketieteellinen merkitys HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET Heikot sidokset • Dipoli-dipolisidos • vetysidos!! • Ioni-dipolisidos • Van der Waals • Vahvoista kemiallisista sidoksista poiketen syntyvät molekyylien välille • Suuri biologinen merkitys • Proteiinien laskostuminen, DNA, kalvorakenteiden muodostuminen… Dipoli-dipoli-sidos • Vastakkaismerkkisesti varautuneet molekyylinosat vetävät toisiaan puoleensa • Molekyylien osien osittaisvarausten välinen vuorovaikutus. • Kahden molekyylin välillä voi olla useita dipolidipolisidoksiaàmolekyylihila Dipolisuuden edellytyksenä poolinen kovalenttinen sidos • Kovalenttinen sidos polarisoituu, kun sidosta muodostavien atomien välillä on elektronegatiivisuusero (>0,5) • Poolisessa suurempi osa elektronien varauksesta on sidoksen elektronegatiivisemmalla osapuolella • Elektronegatiivisempi atomi saa negatiivisen varauksen ja vähemmän elektronegatiivinen yhtä suuren positiivisen sähkövarauksen • Varauksen suuruus on pienempi kuin alkeisvaraus! δ Molekyylin poolisuus • Yksittäinen sidos saattaa olla vain pieni osa suurta molekyyliä • Tällöin molekyylin poolisuuden (kyvyn muodostaa dipoli-dipolisidoksia) määrää poolisten ja poolittomien kovalenttisten sidosten suhde. Vesimolekyyli on poolinen… Sähkökentän suunta Pooliset osat Oleaa0 ei niinkään… Vetysidos - dipoli-dipolisidoksen erikoistapaus • H sitoutuu pieneen elektronegatiiviseen atomiin: N, O tai F (1. jakso) • Lisää veden sulamis- ja kiehumispistettä merkittävästi à ns. veden erikoisominaisuudet • Veden koheesio (pintajännitys) • Tärkeä biologinen: vesifaasi, hydrofobinen vuorovaikutus, DNA, proteiinit… Ioni-dipolisidos • Dipolisen molekyylin ja ionin välillä • Poolisen molekyylin osittaisvaraus vetää puoleensa vastakkaismerkkistä ionia. • Hydratoituminen: suola saa veteen liuetessaan ylleen H2O-kuorrutteen Dispersiovoimat eli Van der Waalsin sidokset • Erittäin heikkoja sidoksia poolittomien molekyylien välillä • Elektronien satunnainen liikkuvuus aiheuttaa molekyyleille hetkittäisiä osittaisvarauksia. • Molekyylit voivat olla hetkellisiä dipoleja ja vuorovaikuttaa läheisten molekyylien tai makromolekyylien tapauksessa omien rakenteidensa kanssa • Mahdollistavat poolittomien molekyylien nestemäiset ja kiinteät olomuodot. Heikot vuorovaikutukset liuoksissa • Liuosten ja muiden seosten muodostumista ohjaa pyrkimys mahdollisimman moneen mahdollisimman vahvaan molekyylien väliseen sidokseen. • Yhdisteen poolisuus ja ioniluonne määrää sen, mihin yhdiste voi liueta ja mitä se voi liuottaa. • Pooliset yhdisteet voivat muodostaa dipoli-dipoli ja ioni-dipoli sidoksia, joten ne liuottavat poolisia yhdisteitä ja suoloja. • Poolittomat yhdisteen liukenevat poolittomiin liuoksiin, mutta eivät esimerkiksi pooliseen veteen (hydrofobinen vuorovaikutus) Hydrofobinen vuorovaikutus • Vesipakoisten poolittomien molekyylien tai niiden osien taipumus muodostaa erillinen faasi vesiliuoksessa ollessaan • Hyvänä esimerkkinä lipidimembraanien spontaani muodostus, proteiinin laskostuminen • Johtuu veden voimakkaista vetysidoksista, joiden energeettisesti epäedullista rikkoutumista homogenoituminen vaatisi à poolittomat molekyylit eivät pääse tunkeutumaan vesimolekyylien lomaan. • On energeettisesti edullisempaa, että vesi pääsee muodostamaan omat vahvemmat vetysidoksensa ja pooliton yhdiste Van der Waalsin sidokset. Kliininen esimerkki – sirppisoluanemia • Hemoglobiinimolekyylissä yksi glutamiini (hydrofiilinen) vaihtunut valiiniksi (hydrofobinen). • Hemoglobiini ei laskostu oikein: pyöreän pallon (globiini) sijaan tulee ”sauvoja” • Koko punasolun muoto muuttuu
© Copyright 2024